ES2961613T3 - Methods and compositions for the regulation of transgene expression - Google Patents
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- C12N2799/021—Uses of viruses as vector for the expression of a heterologous nucleic acid
- C12N2799/025—Uses of viruses as vector for the expression of a heterologous nucleic acid where the vector is derived from a parvovirus
Abstract
Nucleasas y métodos de uso de estas nucleasas para expresar un transgén de un locus de puerto seguro en un tejido secretor, y clones y animales derivados de los mismos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Nucleases and methods of using these nucleases to express a transgene from a safe harbor locus in a secretory tissue, and clones and animals derived therefrom. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Métodos y composiciones para la regulación de la expresión transgénica Methods and compositions for the regulation of transgene expression
Referencia cruzada a solicitudes relacionadasCross reference to related requests
La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de EE.UU. N.° 61/537.349 presentada el 21 de septiembre de 2011; la Solicitud Provisional de EE.UU. 61/560.506, presentada el 16 de noviembre de 2011; y la Solicitud Provisional de EE.UU. 61/670.490, presentada el 11 de julio de 2012. The present application claims the benefit of US Provisional Application No. 61/537,349 filed on September 21, 2011; US Provisional Application 61/560,506, filed November 16, 2011; and US Provisional Application 61/670,490, filed July 11, 2012.
Campo técnicoTechnical field
La presente divulgación está en el campo de la edición del genoma. The present disclosure is in the field of genome editing.
AntecedentesBackground
La terapia génica tiene un enorme potencial para una nueva era de la terapéutica humana. Estas metodologías permitirán el tratamiento de afecciones que no se han abordado por la práctica médica convencional. La terapia génica puede incluir las muchas variaciones de las técnicas de edición del genoma tales como la alteración o la corrección de un locus genético y la inserción de un transgén expresable que puede controlarse mediante un promotor exógeno específico fusionado al transgén o mediante el promotor endógeno que se encuentra en el sitio de inserción en el genoma. Gene therapy has enormous potential for a new era of human therapeutics. These methodologies will allow for the treatment of conditions that have not been addressed by conventional medical practice. Gene therapy can include the many variations of genome editing techniques such as alteration or correction of a genetic locus and insertion of an expressible transgene that can be controlled by a specific exogenous promoter fused to the transgene or by the endogenous promoter that It is located at the insertion site in the genome.
El suministro y la inserción del transgén son ejemplos de obstáculos que deben resolverse para cualquier implementación real de esta tecnología. Por ejemplo, aunque hay una diversidad de métodos de administración de genes potencialmente disponibles para uso terapéutico, todos implican importantes compensaciones entre seguridad, durabilidad y nivel de expresión. Los métodos que proporcionan el transgén como un episoma (por ejemplo, adenovirus básicos, AAV y sistemas basados en plásmidos) son generalmente seguros y pueden producir altos niveles de expresión inicial, sin embargo, estos métodos carecen de una replicación episómica robusta, lo que puede limitar la duración de la expresión en tejidos mitóticamente activos. En contraste, los métodos de suministro que dan como resultado la integración aleatoria del transgén deseado (por ejemplo, la integración de lentivirus) proporcionan una expresión más duradera pero, debido a la naturaleza no dirigida de la inserción aleatoria, puede provocar un crecimiento desregulado en las células receptoras, potencialmente dando lugar a neoplasia a través de la activación de oncogenes en las proximidades del casete transgénico integrado aleatoriamente. Por otro lado, aunque la integración transgénica evita la pérdida impulsada por la replicación, no impide el final silenciamiento del promotor exógeno fusionado al transgén. Con el paso del tiempo, dicho silenciamiento da como resultado una expresión transgénica reducida para la mayoría de los eventos de inserción aleatoria. Además, la integración de un transgén rara vez ocurre en cada célula diana, lo que puede dificultar la consecución de un nivel de expresión suficientemente alto del transgén de interés para conseguir el efecto terapéutico deseado. Transgene delivery and insertion are examples of obstacles that must be resolved for any real implementation of this technology. For example, although there are a variety of gene delivery methods potentially available for therapeutic use, all involve important trade-offs between safety, durability, and level of expression. Methods that provide the transgene as an episome (e.g., basic adenovirus, AAV, and plasmid-based systems) are generally safe and can produce high levels of initial expression, however, these methods lack robust episomal replication, which may limit the duration of expression in mitotically active tissues. In contrast, delivery methods that result in random integration of the desired transgene (e.g., lentivirus integration) provide longer-lasting expression but, due to the nontargeted nature of random insertion, may result in deregulated growth in recipient cells, potentially giving rise to neoplasia through the activation of oncogenes in the vicinity of the randomly integrated transgenic cassette. On the other hand, although transgenic integration prevents replication-driven loss, it does not prevent eventual silencing of the exogenous promoter fused to the transgene. Over time, such silencing results in reduced transgene expression for most random insertion events. Furthermore, integration of a transgene rarely occurs in each target cell, which can make it difficult to achieve a sufficiently high level of expression of the transgene of interest to achieve the desired therapeutic effect.
En los últimos años, se ha desarrollado una nueva estrategia para la integración de transgenes que usa la escisión con nucleasas específicas de sitio para sesgar la inserción en un locus genómico elegido (véase, por ejemplo, la Patente de EE.UU. de copropiedad 7.888.121). Este enfoque ofrece la perspectiva de expresión transgénica mejorada, seguridad aumentada y durabilidad de la expresión, en comparación con los enfoques de integración clásicos, ya que permite un posicionamiento transgénico exacto con un riesgo mínimo de silenciamiento génico o activación de oncogenes cercanos. In recent years, a new strategy for transgene integration has been developed that uses site-specific nuclease cleavage to bias insertion at a chosen genomic locus (see, for example, co-owned US Patent 7,888 .121). This approach offers the prospect of improved transgene expression, increased safety and durability of expression, compared to classical integration approaches, as it allows accurate transgene positioning with minimal risk of gene silencing or activation of nearby oncogenes.
Un enfoque implica la integración de un transgén en su locus afín, por ejemplo, la inserción de un transgén de tipo silvestre en el locus endógeno para corregir un gen mutante. Como alternativa, el transgén puede insertarse en un locus no afín elegido específicamente por sus propiedades beneficiosas. Véase, por ejemplo, la Publicación de patente de EE.UU. N.° 20120128635 que se refiere a la inserción dirigida de un transgén del factor IX (FIX). Dirigirse al locus afín puede ser útil si se desea reemplazar la expresión del gen endógeno con el transgén manteniendo al mismo tiempo el control de expresión ejercido por los elementos reguladores endógenos. Pueden usarse nucleasas específicas que se escinden dentro o cerca del locus endógeno y el transgén puede integrarse en el sitio de escisión mediante reparación dirigida por homología (HDR) o mediante captura de extremos durante la unión de extremos no homólogos (NHEJ). El proceso de integración está determinado por el uso o no uso de regiones de homología en los donantes de transgenes entre el donante y el locus endógeno. One approach involves the integration of a transgene into its cognate locus, for example, the insertion of a wild-type transgene into the endogenous locus to correct a mutant gene. Alternatively, the transgene can be inserted into a non-cognate locus specifically chosen for its beneficial properties. See, for example, US Patent Publication No. 20120128635 which relates to targeted insertion of a factor IX (FIX) transgene. Targeting the cognate locus may be useful if it is desired to replace the expression of the endogenous gene with the transgene while maintaining the expression control exerted by the endogenous regulatory elements. Specific nucleases that cleave within or near the endogenous locus can be used and the transgene can be integrated into the cleavage site by homology-directed repair (HDR) or by end capture during non-homologous end joining (NHEJ). The integration process is determined by the use or non-use of regions of homology in the transgene donors between the donor and the endogenous locus.
Como alternativa, el transgén puede insertarse en una ubicación específica de "puerto seguro" en el genoma que puede usar el promotor que se encuentra en ese locus de puerto seguro o permitir la regulación de la expresión del transgén mediante un promotor exógeno que se fusiona al transgén antes de la inserción. Se han descrito varios de tales loci "de puerto seguro", incluyendo los genes AAVS1 y CCR5 en células humanas y Rosa26 en células murinas (véase, por ejemplo, las solicitudes de patente de Estados Unidos en copropiedad n.° 20080299580; 20080159996 y 201000218264). Como se ha descrito anteriormente, pueden utilizarse nucleasas específicas para el puerto seguro de tal manera que la construcción transgénica se inserte mediante procesos impulsados por HDR o NHEJ. Alternatively, the transgene can be inserted into a specific “safe harbor” location in the genome that can use the promoter found at that safe harbor locus or allow regulation of transgene expression by an exogenous promoter that is fused to the transgene before insertion. Several such "safe harbor" loci have been described, including the AAVS1 and CCR5 genes in human cells and Rosa26 in murine cells (see, for example, co-owned US Patent Application Nos. 20080299580; 20080159996 and 201000218264 ). As described above, safe harbor-specific nucleases can be used such that the transgenic construct is inserted by HDR- or NHEJ-driven processes.
Una aplicación especialmente atractiva de la terapia génica implica el tratamiento de trastornos que están provocados por una insuficiencia de un producto génico secretado o que pueden tratarse mediante la secreción de una proteína terapéutica. Dichos trastornos son potencialmente abordables a través del suministro de un transgén terapéutico a un número modesto de células, con la condición de que cada célula receptora exprese un alto nivel del producto genético terapéutico. En dicho escenario, el alivio de la necesidad del suministro de genes a un gran número de células puede permitir el desarrollo exitoso de terapias génicas para indicaciones de otra manera intratables. Dichas aplicaciones requerirían niveles permanentes, seguros y muy altos de expresión transgénica. Por lo tanto, el desarrollo de un puerto seguro que exhiba estas propiedades proporcionaría una utilidad sustancial en el campo de la terapia génica. A particularly attractive application of gene therapy involves the treatment of disorders that are caused by an insufficiency of a secreted gene product or that can be treated by the secretion of a therapeutic protein. Such disorders are potentially addressable through delivery of a therapeutic transgene to a modest number of cells, with the condition that each recipient cell expresses a high level of the therapeutic gene product. In such a scenario, alleviating the need for gene delivery to large numbers of cells may enable the successful development of gene therapies for otherwise intractable indications. Such applications would require permanent, safe and very high levels of transgene expression. Therefore, the development of a safe harbor that exhibits these properties would provide substantial utility in the field of gene therapy.
Un número considerable de trastornos están provocados por una insuficiencia de un producto genético secretado o pueden tratarse mediante la secreción de una proteína terapéutica. Los trastornos de la coagulación, por ejemplo, son trastornos genéticos bastante comunes donde los factores de la cascada de coagulación son aberrantes de alguna manera, es decir, falta de expresión o producción de una proteína mutante. La mayoría de los trastornos de la coagulación provocan hemofilias tales como hemofilia A (deficiencia del factor VIII), hemofilia B (deficiencia del factor IX) o hemofilia C (deficiencia del factor XI). El tratamiento de estos trastornos está a menudo relacionado con la gravedad. Para hemofilias leves, los tratamientos pueden incluir terapias diseñadas para aumentar la expresión del factor subexpresado, mientras que para las hemofilias más graves, la terapia implica la infusión regular del factor de coagulación faltante (a menudo 2-3 veces por semana) para prevenir episodios hemorrágicos. A los pacientes con hemofilia grave a menudo se les desaconseja participar en muchos tipos de deportes y deben tomar precauciones adicionales para evitar lesiones cotidianas. A considerable number of disorders are caused by a deficiency of a secreted gene product or can be treated by the secretion of a therapeutic protein. Coagulation disorders, for example, are fairly common genetic disorders where the factors of the coagulation cascade are aberrant in some way, that is, lack of expression or production of a mutant protein. Most bleeding disorders cause hemophilias such as hemophilia A (factor VIII deficiency), hemophilia B (factor IX deficiency), or hemophilia C (factor XI deficiency). Treatment of these disorders is often related to severity. For mild hemophilias, treatments may include therapies designed to increase expression of the underexpressed factor, while for more severe hemophilias, therapy involves regular infusion of the missing clotting factor (often 2-3 times per week) to prevent episodes. hemorrhagic. Patients with severe hemophilia are often discouraged from participating in many types of sports and must take extra precautions to avoid everyday injuries.
La deficiencia de alfa-1 antitripsina (A1AT) es una enfermedad autosómica recesiva provocada por una producción defectuosa de alfa 1 -antitripsina que conduce a niveles inadecuados de A1AT en la sangre y los pulmones. Puede estar asociada con el desarrollo de enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y trastornos hepáticos. Actualmente, el tratamiento de las enfermedades asociadas a esta deficiencia puede implicar la infusión de A1AT exógena y un trasplante de pulmón o hígado. Alpha-1 antitrypsin (A1AT) deficiency is an autosomal recessive disease caused by defective production of alpha 1-antitrypsin leading to inadequate levels of A1AT in the blood and lungs. It may be associated with the development of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and liver disorders. Currently, treatment of diseases associated with this deficiency may involve infusion of exogenous A1AT and lung or liver transplantation.
Las enfermedades de almacenamiento lisosómico (LSD) son un grupo de enfermedades monogénicas metabólicas raras caracterizadas por la falta de proteínas lisosómicas funcionales individuales normalmente implicadas en la descomposición de los lípidos, las glucoproteínas y los mucopolisacáridos de desecho. Estas enfermedades se caracterizan por una acumulación de estos compuestos en la célula ya que es incapaz de procesarlos para su reciclaje debido al mal funcionamiento de una enzima específica. Los ejemplos comunes incluyen las enfermedades de Gaucher (deficiencia de glucocerebrosidasa, nombre del gen: GBA), de Fabry (deficiencia de galactosidasa a: GLA), de Hunter (deficiencia de iduronato-2-sulfatasa: IDS), de Hurler (deficiencia de alfa-L iduronidasa: IDUA) y de Niemann-Pick (deficiencia de esfingomielina fosfodiesterasa 1: SMPD1). Cuando se agrupan, las LSD tienen una incidencia en la población de aproximadamente 1 de cada 7000 nacimientos. Estas enfermedades tienen efectos devastadores en las personas afectadas por ellas. Habitualmente se diagnostican por primera vez en bebés que pueden tener patrones de crecimiento facial y corporal característicos y pueden tener retraso mental de moderado a grave. Las opciones de tratamiento incluyen la terapia de reemplazo enzimático (ERT) donde se administra al paciente la enzima que falta, habitualmente a través de inyección intravenosa en grandes dosis. Dicho tratamiento es solo para tratar los síntomas y no es curativo, por lo tanto, los pacientes deben recibir una dosis repetida de estas proteínas durante el resto de sus vidas y potencialmente pueden desarrollar anticuerpos neutralizantes para la proteína inyectada. A menudo, estas proteínas tienen una semivida sérica corta, por lo que el paciente también debe soportar infusiones frecuentes de la proteína. Por ejemplo, los pacientes con enfermedad de Gaucher que reciben el producto Cerezyme® (imiglucerasa) deben recibir infusiones tres veces por semana. La producción y purificación de las enzimas también son problemáticas, por lo que los tratamientos son muy costosos (>$100.000 al año por paciente). Lysosomal storage diseases (LSDs) are a group of rare monogenic metabolic diseases characterized by the lack of individual functional lysosomal proteins normally involved in the breakdown of lipids, glycoproteins and waste mucopolysaccharides. These diseases are characterized by an accumulation of these compounds in the cell since it is unable to process them for recycling due to the malfunction of a specific enzyme. Common examples include Gaucher (glucocerebrosidase deficiency, gene name: GBA), Fabry (galactosidase a deficiency: GLA), Hunter (iduronate-2-sulfatase deficiency: IDS), Hurler alpha-L iduronidase: IDUA) and Niemann-Pick (sphingomyelin phosphodiesterase 1 deficiency: SMPD1). When grouped together, LSDs have a population incidence of approximately 1 in every 7,000 births. These diseases have devastating effects on the people affected by them. They are usually first diagnosed in infants who may have characteristic facial and body growth patterns and may have moderate to severe mental retardation. Treatment options include enzyme replacement therapy (ERT) where the missing enzyme is given to the patient, usually through intravenous injection in large doses. Such treatment is only to treat symptoms and is not curative, therefore patients must receive a repeated dose of these proteins for the rest of their lives and can potentially develop neutralizing antibodies to the injected protein. These proteins often have a short serum half-life, so the patient must also endure frequent infusions of the protein. For example, patients with Gaucher disease receiving the Cerezyme® (imiglucerase) product should receive infusions three times a week. The production and purification of the enzymes are also problematic, making treatments very expensive (>$100,000 per year per patient).
La diabetes tipo I es un trastorno en el cual la destrucción de las células beta pancreáticas mediada por el sistema inmunitario produce una profunda deficiencia de insulina, que es el principal producto secretado de estas células. La restauración de los niveles iniciales de insulina proporciona un alivio sustancial de muchas de las complicaciones más graves de este trastorno que pueden incluir complicaciones "macrovasculares" que implican los vasos grandes: cardiopatía isquémica (angina e infarto de miocardio), accidente cerebrovascular y vasculopatía periférica, así como complicaciones "microvasculares" por daño a los vasos sanguíneos pequeños. Las complicaciones microvasculares pueden incluir retinopatía diabética, que afecta a la formación de vasos sanguíneos en la retina del ojo y puede dar lugar a síntomas visuales, visión reducida y potencialmente ceguera, y nefropatía diabética, que puede implicar cambios cicatriciales en el tejido renal, pérdida de cantidades pequeñas o progresivamente mayores de proteína en la orina y, finalmente, enfermedad renal crónica que requiere diálisis. La neuropatía diabética puede provocar entumecimiento, hormigueo y dolor en los pies y, junto con enfermedades vasculares en las piernas, contribuye al riesgo de problemas de los pies relacionados con la diabetes (tales como úlceras del pie diabético) que pueden ser difíciles de tratar y, en ocasiones, requerir amputación como resultado de infecciones asociadas. Type I diabetes is a disorder in which immune-mediated destruction of pancreatic beta cells results in a profound deficiency of insulin, which is the main secreted product of these cells. Restoration of baseline insulin levels provides substantial relief from many of the more serious complications of this disorder, which can include "macrovascular" complications involving the large vessels: ischemic heart disease (angina and myocardial infarction), stroke, and peripheral vascular disease. , as well as "microvascular" complications from damage to small blood vessels. Microvascular complications may include diabetic retinopathy, which affects the formation of blood vessels in the retina of the eye and can lead to visual symptoms, reduced vision and potentially blindness, and diabetic nephropathy, which can involve scarring changes in kidney tissue, loss of of small or progressively increasing amounts of protein in the urine and, eventually, chronic kidney disease requiring dialysis. Diabetic neuropathy can cause numbness, tingling and pain in the feet and, along with vascular disease in the legs, contributes to the risk of diabetes-related foot problems (such as diabetic foot ulcers) that can be difficult to treat and , sometimes requiring amputation as a result of associated infections.
Los anticuerpos son productos proteicos secretados cuya plasticidad de unión se ha aprovechado para el desarrollo de un amplio intervalo de terapias. Los anticuerpos terapéuticos pueden usarse para la neutralización de proteínas diana que provocan directamente enfermedades (por ejemplo, VEGF en la degeneración macular), así como para la destrucción altamente selectiva de células cuya persistencia y replicación ponen en peligro al hospedador (por ejemplo, células cancerosas, así como determinadas células inmunitarias en enfermedades autoinmunitarias). En tales aplicaciones, los anticuerpos terapéuticos toman ventaja de la respuesta normal del cuerpo a sus propios anticuerpos para lograr la destrucción selectiva, la neutralización o la eliminación de proteínas diana o células que portan el antígeno diana del anticuerpo. Por lo tanto, la terapia con anticuerpos se ha aplicado ampliamente a muchas enfermedades humanas incluyendo oncología, reumatología, trasplante y enfermedades oculares. Los ejemplos de terapias con anticuerpos incluyen Lucentis® (Genentech) para el tratamiento de degeneración macular, Rituxan® (Biogen Idec) para el tratamiento de linfoma no Hodgkin y Herceptin® (Genentech) para el tratamiento de cáncer de mama. La albúmina es una proteína que se produce en el hígado y se secreta a la sangre. En los seres humanos, la seroalbúmina comprende el 60 % de las proteínas que se encuentran en la sangre y su función parece ser regular el volumen sanguíneo mediante la regulación de la presión osmótica coloidal. También sirve como un vehículo para moléculas con baja solubilidad, por ejemplo, hormonas solubles en lípidos, sales biliares, ácidos grasos libres, calcio y transferrina. Además, la seroalbúmina porta productos terapéuticos, incluyendo warfarina, fenobutazona, clofibrato y fenitoína. En los seres humanos, el locus de la albúmina está altamente expresado, dando como resultado la producción de aproximadamente 15 g de proteína albúmina cada día. La albúmina no tiene función autocrina y no parece haber ningún fenotipo asociado a inactivaciones monoalélicas y sólo se encuentran observaciones fenotípicas leves para inactivaciones bialélicas (véase Watkins et al (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91:9417). Antibodies are secreted protein products whose binding plasticity has been exploited for the development of a wide range of therapies. Therapeutic antibodies can be used for the neutralization of target proteins that directly cause disease (e.g., VEGF in macular degeneration), as well as for the highly selective destruction of cells whose persistence and replication endanger the host (e.g., cancer cells , as well as certain immune cells in autoimmune diseases). In such applications, therapeutic antibodies take advantage of the body's normal response to its own antibodies to achieve selective destruction, neutralization or elimination of target proteins or cells carrying the antibody's target antigen. Therefore, antibody therapy has been widely applied to many human diseases including oncology, rheumatology, transplantation, and ocular diseases. Examples of antibody therapies include Lucentis® (Genentech) for the treatment of macular degeneration, Rituxan® (Biogen Idec) for the treatment of non-Hodgkin lymphoma, and Herceptin® (Genentech) for the treatment of breast cancer. Albumin is a protein that is produced in the liver and secreted into the blood. In humans, serum albumin comprises 60% of the proteins found in the blood and its function appears to be to regulate blood volume by regulating colloidal osmotic pressure. It also serves as a carrier for molecules with low solubility, for example, lipid-soluble hormones, bile salts, free fatty acids, calcium, and transferrin. Additionally, serum albumin carries therapeutic products, including warfarin, fenobutazone, clofibrate, and phenytoin. In humans, the albumin locus is highly expressed, resulting in the production of approximately 15 g of albumin protein each day. Albumin has no autocrine function and there does not appear to be any phenotype associated with monoallelic inactivations and only mild phenotypic observations are found for biallelic inactivations (see Watkins et al (1994) Proc Natl Acad Sci USA 91:9417).
La albúmina también se ha usado acoplada a reactivos terapéuticos para aumentar la semivida en suero del producto terapéutico. Por ejemplo, Osborn et al (J Pharm Exp Thera (2002) 303(2):540) desvelan la farmacocinética de una proteína de fusión de seroalbúmina interferón alfa y demuestran que la proteína de fusión tenía una eliminación aproximadamente 140 veces más lenta, de tal manera que la semivida de la fusión fue 18 veces más larga que la de la proteína interferón alfa sola. Otros ejemplos de proteínas terapéuticas recientemente desarrolladas que son fusiones de albúmina incluyen Albulin-G™, Cardeva™ y Albugranin™ (Teva Pharmaceutical Industries, fusionadas a Insulina, natriurético tipo b o GCSF, respectivamente), Syncria® (GlaxoSmithKline, fusionada al péptido-1 similar a Glucagón) y Albuferon a-2B, fusionada con IFN-alfa (véase Current Opinión in Drug Discovery and Development, (2009), vol 12, N.° 2. p. 288). En estos casos, Albulin-G™, Cardeva™ y Syncria® son todas proteínas de fusión donde la albúmina se encuentra en el extremo N de la fusión, mientras que Albugranin™ y Albuferon alfa 2G son fusiones donde la albúmina está en el extremo C de la fusión. Albumin has also been used coupled to therapeutic reagents to increase the serum half-life of the therapeutic product. For example, Osborn et al (J Pharm Exp Thera (2002) 303(2):540) disclose the pharmacokinetics of an interferon alpha serum albumin fusion protein and demonstrate that the fusion protein had approximately 140-fold slower elimination, such that the half-life of the fusion was 18 times longer than that of the interferon alpha protein alone. Other examples of recently developed therapeutic proteins that are albumin fusions include Albulin-G™, Cardeva™ and Albugranin™ (Teva Pharmaceutical Industries, fused to Insulin, b-type natriuretic or GCSF, respectively), Syncria® (GlaxoSmithKline, fused to peptide-1 similar to Glucagon) and Albuferon a-2B, fused with IFN-alpha (see Current Opinion in Drug Discovery and Development, (2009), vol 12, No. 2. p. 288). In these cases, Albulin-G™, Cardeva™ and Syncria® are all fusion proteins where albumin is at the N-terminus of the fusion, while Albugranin™ and Albuferon alfa 2G are fusions where albumin is at the C-terminus. of the merger.
Maederet al.(Mol Cell. (2008) 31(2): 294) describen una estrategia disponible públicamente para construir matrices de múltiples dedos. Maederet al.(Mol Cell. (2008) 31(2): 294) describe a publicly available strategy for constructing multi-finger arrays.
Li et al (Nature (2011) 475 (7355): 217) informan acerca de nucleasas con dedos de cinc (ZFN) que pueden inducir roturas bicatenarias en un locus diana cuando se administran directamente al hígado de ratón. Li et al (Nature (2011) 475 (7355): 217) report zinc finger nucleases (ZFNs) that can induce double-strand breaks at a target locus when administered directly to the mouse liver.
Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de métodos y composiciones adicionales que puedan usarse para expresar un transgén deseado a un nivel terapéuticamente relevante, evitando al mismo tiempo cualquier toxicidad asociada, y que puedan limitar la expresión del transgén al tipo de tejido deseado, por ejemplo, para tratar enfermedades genéticas tales como hemofilias, diabetes, enfermedades de almacenamiento lisosómico y deficiencia de A1AT. Adicionalmente, sigue existiendo la necesidad de métodos y composiciones adicionales para expresar un transgén deseado a un nivel terapéuticamente relevante para el tratamiento de otras enfermedades tales como cánceres. Therefore, there remains a need for additional methods and compositions that can be used to express a desired transgene at a therapeutically relevant level, while avoiding any associated toxicity, and that can limit expression of the transgene to the desired tissue type, e.g. For example, to treat genetic diseases such as hemophilias, diabetes, lysosomal storage diseases and A1AT deficiency. Additionally, there remains a need for additional methods and compositions to express a desired transgene at a therapeutically relevant level for the treatment of other diseases such as cancers.
SumarioSummary
La invención proporciona un par de nucleasas con dedos de cinc que escinden un gen de albúmina, en donde el par de nucleasas con dedos de cinc comprenden una primera y una segunda nucleasas con dedos de cinc, en donde la primera nucleasa con dedos de cinc comprende múltiples dominios de unión con dedos de cinc modificados por ingeniería genética que se unen a un sitio diana en SEQ ID NO: 127 y la segunda nucleasa con dedos de cinc comprende múltiples dominios de unión con dedos de cinc modificados por ingeniería genética que se unen a un sitio diana en SEQ ID NO: 128, como se expone en las reivindicaciones. The invention provides a pair of zinc finger nucleases that cleave an albumin gene, wherein the pair of zinc finger nucleases comprises a first and a second zinc finger nuclease, wherein the first zinc finger nuclease comprises multiple engineered zinc finger binding domains that bind to a target site in SEQ ID NO: 127 and the second zinc finger nuclease comprises multiple engineered zinc finger binding domains that bind to a target site in SEQ ID NO: 128, as set forth in the claims.
Pueden obtenerse dominios de escisión y semidominios de escisión usados en nucleasas con dedos de cinc (ZFN), por ejemplo, a partir de diversas endonucleasas de restricción y/o endonucleasas de asentamiento (homing). En una realización, los semidominios de escisión derivan de una endonucleasa de restricción de Tipo IIS (por ejemplo,Fok I).Cleavage domains and cleavage half-domains used in zinc finger nucleases (ZFNs) can be obtained, for example, from various restriction endonucleases and/or homing endonucleases. In one embodiment, the cleavage half-domains are derived from a Type IIS restriction endonuclease (e.g., Fok I).
También se describe en el presente documento, pero no se reivindica explícitamente, una proteína efectora similar a un activador de la transcripción (TALE, por sus siglas en inglés) que se une al sitio diana en una región de interés (por ejemplo, un gen de albúmina) en un genoma, en donde la TALE comprende uno o más dominios de unión de TALE modificados. La TALE puede ser una nucleasa (TALEN) que escinde una región genómica diana de interés, en donde la TALEN comprende uno o más dominios de unión al ADN de TALE modificados por ingeniería genética y un dominio de escisión o semidominio de escisión de nucleasa. Los dominios y semidominios de escisión pueden obtenerse, por ejemplo, a partir de diversas endonucleasas de restricción y/o endonucleasas de asentamiento (homing). Los semidominios de escisión pueden derivar de una endonucleasa de restricción de tipo IIS (por ejemplo,Fok I).El dominio de unión al ADN de TALE puede reconocer un sitio diana en un gen de albúmina, por ejemplo, el dominio de unión al ADN de TALE que tiene la secuencia diana mostrada en una sola fila de la Tabla 12. Also described herein, but not explicitly claimed, is a transcription activator-like effector (TALE) protein that binds to the target site in a region of interest (e.g., a gene albumin) in a genome, wherein the TALE comprises one or more modified TALE binding domains. The TALE may be a nuclease (TALEN) that cleaves a target genomic region of interest, wherein the TALEN comprises one or more engineered TALE DNA binding domains and a nuclease cleavage domain or half-domain. Cleavage domains and half-domains can be obtained, for example, from various restriction endonucleases and/or homing endonucleases. The cleavage half-domains may be derived from a type IIS restriction endonuclease (e.g., Fok I). The DNA-binding domain of TALE may recognize a target site on an albumin gene, e.g., the DNA-binding domain. of TALE having the target sequence shown in a single row of Table 12.
Como se expone en las reivindicaciones, el par ZFN escinde un gen de albúmina. También se describe en el presente documento, pero no se reivindica explícitamente, ZFN y/o TALEN que se unen y/o escinden un gen de puerto seguro, por ejemplo, un gen CCR5, un gen PPP1R12C (también conocido como AAVS1) o un genRosa.Véanse, por ejemplo, las publicaciones de patente de EE.UU. N.° 20080299580; 20080159996 y 201000218264. También se describen en el presente documento composiciones que comprenden una o más de las nucleasas con dedos de cinc y/o TALE descritas en el presente documento, tales como una composición que comprende una o más nucleasas con dedos de cinc y/o TALE en combinación con un excipiente farmacéuticamente aceptable. As set forth in the claims, the ZFN pair cleaves an albumin gene. Also described herein, but not explicitly claimed, are ZFNs and/or TALENs that bind and/or cleave a safe harbor gene, for example, a CCR5 gene, a PPP1R12C gene (also known as AAVS1) or a genRosa. See, for example, US Patent Publications No. 20080299580; 20080159996 and 201000218264. Also described herein are compositions comprising one or more of the zinc finger nucleases and/or TALE described herein, such as a composition comprising one or more zinc finger nucleases and/or or TALE in combination with a pharmaceutically acceptable excipient.
También se proporcionan uno o más polinucleótidos que codifican el par de ZFN como se establece en las reivindicaciones. El polinucleótido o polinucleótidos pueden ser, por ejemplo, ARNm. En algunos aspectos, el ARNm puede estar modificado químicamente (véase, por ejemplo, Kormann et al, (2011) Nature Biotechnology 29(2):154-157). One or more polynucleotides encoding the ZFN pair are also provided as set forth in the claims. The polynucleotide or polynucleotides may be, for example, mRNA. In some aspects, the mRNA may be chemically modified (see, for example, Kormann et al, (2011) Nature Biotechnology 29(2):154-157).
También se proporciona una célula aislada que comprende el par de ZFN, como se expone en las reivindicaciones. La célula puede transformarse de manera estable o transfectarse de manera transitoria o una combinación de las mismas con uno o más vectores de expresión de ZFN. En una realización, la célula hospedadora es una célula madre embrionaria. En otra realización, la célula hospedadora puede comprender además una secuencia donadora polinucleotídica exógena. Los ejemplos no limitantes de células hospedadoras adecuadas incluyen células eucariotas o líneas celulares tales como células secretoras (por ejemplo, células hepáticas, células de la mucosa, células de la glándula salival, células hipofisarias, etc.), células sanguíneas (glóbulos rojos), células madre, etc. An isolated cell comprising the ZFN pair is also provided, as set forth in the claims. The cell may be stably transformed or transiently transfected or a combination thereof with one or more ZFN expression vectors. In one embodiment, the host cell is an embryonic stem cell. In another embodiment, the host cell may further comprise an exogenous polynucleotide donor sequence. Non-limiting examples of suitable host cells include eukaryotic cells or cell lines such as secretory cells (for example, liver cells, mucosal cells, salivary gland cells, pituitary cells, etc.), blood cells (red blood cells), stem cells, etc.
En otro aspecto, se proporciona en el presente documento un métodoin vitropara escindir un gen de albúmina en una célula, como se define en las reivindicaciones. In another aspect, provided herein is an in vitro method for cleaving an albumin gene in a cell, as defined in the claims.
En otras realizaciones, se reemplaza una secuencia genómica en cualquier gen diana, por ejemplo, usando una ZFN (o un vector que codifica dicha ZFN) como se describe en el presente documento y una secuencia "donante" (por ejemplo, transgén) que se inserta en el gen después de la escisión dirigida con la ZFN. La secuencia donante puede estar presente en el vector ZFN, presente en un vector separado (por ejemplo, vector Ad o LV) o, como alternativa, puede introducirse en la célula usando un mecanismo de suministro de ácido nucleico diferente. Tal inserción de una secuencia de nucleótidos del donante en el locus diana (gen de albúmina) da como resultado la expresión del transgén transportado por el donante bajo el control de los elementos de control genético del locus diana (albúmina). En algunos aspectos, la inserción del transgén de interés, por ejemplo, en un gen de albúmina da como resultado la expresión de una secuencia de proteína exógena intacta y carece de aminoácidos codificados por albúmina. En otros aspectos, la proteína exógena expresada es una proteína de fusión y comprende aminoácidos codificados por el transgén y por un gen de albúmina (por ejemplo, del locus diana endógeno o, alternativamente a partir de secuencias que codifican albúmina en el transgén). En algunos casos, las secuencias de albúmina estarán presentes en la parte amino (N) terminal de la proteína exógena, mientras que en otros, las secuencias de albúmina estarán presentes en la parte carboxi (C) terminal de la proteína exógena. En otros casos, las secuencias de albúmina estarán presentes en las partes N y C-terminales de la proteína exógena. Las secuencias de la albúmina pueden incluir secuencias de albúmina de tipo silvestre o mutantes de longitud completa o, como alternativa, pueden incluir secuencias de aminoácidos de la albúmina parciales. En determinadas realizaciones, las secuencias de la albúmina (de longitud completa o parcial) sirven para aumentar la semivida en suero del polipéptido expresado por el transgén al que se fusiona y/o como un vehículo. En algunas realizaciones, la fusión albúmina-transgén se localiza en el locus endógeno dentro de la célula. También se describe en el presente documento, pero no se reivindica explícitamente, la secuencia codificante del transgén de albúmina se inserta en un puerto seguro dentro de un genoma, por ejemplo, un puerto seguro seleccionado del locus AAVS1, Rosa, HPRT o CCR5 (véanse las publicaciones de patentes de EE.UU. de copropiedad N.° 20080299580; 20080159996 y 201000218264 y la Solicitud de patente provisional de EE.UU. N.° 61/556.691). In other embodiments, a genomic sequence is replaced in any target gene, for example, using a ZFN (or a vector encoding such a ZFN) as described herein and a "donor" sequence (e.g., transgene) that is inserted into the gene after targeted cleavage with ZFN. The donor sequence may be present in the ZFN vector, present in a separate vector (e.g. Ad or LV vector) or, alternatively, may be introduced into the cell using a different nucleic acid delivery mechanism. Such insertion of a donor nucleotide sequence into the target locus (albumin gene) results in the expression of the transgene carried by the donor under the control of the genetic control elements of the target locus (albumin). In some aspects, insertion of the transgene of interest, for example, into an albumin gene results in the expression of an intact exogenous protein sequence and lacks albumin-encoded amino acids. In other aspects, the exogenously expressed protein is a fusion protein and comprises amino acids encoded by the transgene and by an albumin gene (e.g., from the endogenous target locus or, alternatively from albumin-encoding sequences in the transgene). In some cases, the albumin sequences will be present in the amino (N) terminal part of the exogenous protein, while in others, the albumin sequences will be present in the carboxy (C) terminal part of the exogenous protein. In other cases, the albumin sequences will be present in the N- and C-terminal parts of the exogenous protein. The albumin sequences may include full-length wild-type or mutant albumin sequences or, alternatively, may include partial albumin amino acid sequences. In certain embodiments, the albumin sequences (full or partial length) serve to increase the serum half-life of the polypeptide expressed by the transgene to which it is fused and/or as a carrier. In some embodiments, the albumin-transgene fusion is located at the endogenous locus within the cell. Also described herein, but not explicitly claimed, the coding sequence of the albumin transgene is inserted into a safe harbor within a genome, for example, a safe harbor selected from the AAVS1, Rosa, HPRT or CCR5 locus (see co-owned US Patent Publications Nos. 20080299580; 20080159996 and 201000218264 and US Provisional Patent Application No. 61/556,691).
También se proporcionan pares de nucleasa de dedos de cinc y uno o más polinucleótidos para su uso en un método de tratamiento del cuerpo humano o animal, donde un transgén que codifica una proteína terapéutica está integrado en el gen de la albúmina, como se define en las reivindicaciones. El transgén puede codificar una proteína de tal manera que los métodos puedan usarse para la producción de proteína deficiente o ausente (por ejemplo, "reemplazo de proteína"). En algunos casos, la proteína puede estar implicada en el tratamiento de una enfermedad de almacenamiento lisosómico. Pueden expresarse otras proteínas terapéuticas, incluyendo terapias proteicas para afecciones tan diversas como la epidermólisis ampollosa o el enfisema por deficiencia de AAT. En otros aspectos, el transgén puede comprender secuencias (por ejemplo, secuencias modificadas) de tal manera que la proteína expresada tiene características que le confieren características novedosas y deseables (semivida aumentada, características de aclaramiento plasmático modificadas, etc.). Las secuencias modificadas también pueden incluir aminoácidos derivados de la secuencia de albúmina. En algunos aspectos, los transgenes codifican proteínas terapéuticas, hormonas terapéuticas, proteínas plasmáticas, anticuerpos y similares. En algunos aspectos, los transgenes pueden codificar proteínas implicadas en trastornos sanguíneos, tales como trastornos de la coagulación. Also provided are pairs of zinc finger nuclease and one or more polynucleotides for use in a method of treating the human or animal body, where a transgene encoding a therapeutic protein is integrated into the albumin gene, as defined in The claims. The transgene may encode a protein such that methods can be used for the production of deficient or absent protein (e.g., "protein replacement"). In some cases, the protein may be involved in the treatment of a lysosomal storage disease. Other therapeutic proteins may be expressed, including protein therapies for conditions as diverse as epidermolysis bullosa or AAT deficiency emphysema. In other aspects, the transgene may comprise sequences (e.g., modified sequences) such that the expressed protein has characteristics that confer novel and desirable characteristics (increased half-life, modified plasma clearance characteristics, etc.). The modified sequences may also include amino acids derived from the albumin sequence. In some aspects, transgenes encode therapeutic proteins, therapeutic hormones, plasma proteins, antibodies, and the like. In some aspects, transgenes may encode proteins involved in blood disorders, such as coagulation disorders.
En cualquiera de los métodos o composiciones descritos en el presente documento, la célula que contiene el locus modificado (locus de albúmina) puede ser una célula madre. Los tipos de células madre específicos que pueden usarse con los métodos y composiciones de la invención incluyen células madre embrionarias (ESC), células madre pluripotentes inducidas (iPsC) y células madre hepáticas o de hígado. Las iPSC pueden obtenerse de muestras de pacientes y de controles normales en donde las iPSC derivadas del paciente pueden mutar a una secuencia génica normal en el gen de interés, o las células normales pueden alterarse al alelo de la enfermedad conocido en el gen de interés. De forma similar, las células madre hepáticas pueden aislarse de un paciente. Estas células se modifican a continuación para expresar el transgén de interés, expandirse y después reintroducirse en el paciente. In any of the methods or compositions described herein, the cell containing the modified locus (albumin locus) may be a stem cell. Specific stem cell types that can be used with the methods and compositions of the invention include embryonic stem cells (ESCs), induced pluripotent stem cells (iPsCs), and hepatic or liver stem cells. iPSCs can be obtained from patient samples and normal controls where patient-derived iPSCs can be mutated to a normal gene sequence in the gene of interest, or normal cells can be altered to the known disease allele in the gene of interest. Similarly, liver stem cells can be isolated from a patient. These cells are then modified to express the transgene of interest, expanded, and then reintroduced into the patient.
En cualquiera de los métodos descritos en el presente documento, el polinucleótido que codifica las nucleasas con dedos de cinc puede comprender ADN, ARN o combinaciones de los mismos. En determinadas realizaciones, el polinucleótido comprende un plásmido. En otras realizaciones, el polinucleótido que codifica la nucleasa comprende ARNm. In any of the methods described herein, the polynucleotide encoding zinc finger nucleases may comprise DNA, RNA, or combinations thereof. In certain embodiments, the polynucleotide comprises a plasmid. In other embodiments, the polynucleotide encoding the nuclease comprises mRNA.
Un kit, que comprende las ZFN de la divulgación, también se describe. El kit puede comprender ácidos nucleicos que codifican las z Fn , (por ejemplo, moléculas de ARN o genes que codifican nucleasas contenidas en un vector de expresión adecuado), moléculas donantes, líneas celulares hospedadoras adecuadas, instrucciones para realizar los métodos y similares. A kit, comprising the ZFNs of the disclosure, is also described. The kit may comprise nucleic acids encoding zFn, (e.g., RNA molecules or genes encoding nucleases contained in a suitable expression vector), donor molecules, suitable host cell lines, instructions for performing the methods, and the like.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La Figura 1, paneles A y B,son geles que representan los resultados de un ensayo de emparejamiento incorrecto Cel-I (Surveyor™, Transgenomic) que cuantifica el grado en que la escisión de ZFN de una diana cromosómica endógena, seguida de reparación imperfecta a través de NHEJ, ha producido pequeñas inserciones o eliminaciones ("indels") del locus marcado como diana. Para obtener una descripción del ensayo véase Hortonet al.Methods Mol Biol. (2010) 649:247-56. La Figura 1A muestra los resultados usando construcciones de expresión para ZFN dirigidas al gen de la albúmina de ratón que se transfectaron en células Neuro2A, donde las células se trataron durante 3 días a 37 °C después de la transfección y después se analizaron para determinar la fracción de sitios diana modificados mediante análisis Cel-I. La Figura 1B muestra los resultados de las mismas ZFN y células que la Figura 1A excepto que las células se sometieron a un choque hipotérmico (30 °C) durante los 3 días de crecimiento posteriores a la transfección. El porcentaje de emparejamiento incorrecto, o % de indels, que se muestra en la parte inferior de los carriles, es una medida de la actividad de ZFN y demuestra que las ZFN específicas de albúmina de ratón son capaces de inducir hasta un 53 % de indels tras la escisión de su diana cromosómica endógena en células Neuro 2A. Figure 1, panels A and B, are gels representing the results of a Cel-I mismatch assay (Surveyor™, Transgenomic) that quantifies the extent to which ZFN excision from an endogenous chromosomal target, followed by imperfect repair through NHEJ, has produced small insertions or deletions ("indels") of the targeted locus. For a description of the assay see Hortonet al.Methods Mol Biol. (2010) 649:247-56. Figure 1A shows the results using expression constructs for ZFN targeting the mouse albumin gene that were transfected into Neuro2A cells, where the cells were treated for 3 days at 37°C after transfection and then analyzed for the fraction of target sites modified by Cel-I analysis. Figure 1B shows the results for the same ZFNs and cells as Figure 1A except that the cells were subjected to hypothermic shock (30°C) for 3 days of growth post-transfection. The percentage of mismatches, or % indels, shown at the bottom of the lanes, is a measure of ZFN activity and demonstrates that mouse albumin-specific ZFNs are capable of inducing up to 53% indels. after cleavage of its endogenous chromosomal target in Neuro 2A cells.
La Figura 2, paneles A y B,son geles que representan los resultados de un ensayo de emparejamiento incorrecto Cel-I llevado a cabo en células caninas D17 transfectadas con construcciones que expresan el par ZFN específico de albúmina canina SBS 33115/SBS34077 a dos concentraciones de ADN plasmídico, 20 o 40 ng. La Figura 2A muestra los resultados después de 3 días, mientras que la Figura 2B muestra los resultados después de 10 días. Este par de ZFN pudo inducir indels en el ~25-30 % de las secuencias del sitio diana en el día 3. Figure 2, panels A and B, are gels representing the results of a Cel-I mismatch assay carried out on canine D17 cells transfected with constructs expressing the canine albumin-specific ZFN pair SBS 33115/SBS34077 at two concentrations. of plasmid DNA, 20 or 40 ng. Figure 2A shows the results after 3 days, while Figure 2B shows the results after 10 days. This ZFN pair was able to induce indels in ~25-30% of the target site sequences at day 3.
La Figura 3, paneles A y B,muestran alineamientos de los genes de albúmina de una diversidad de especies de interés. La Figura 3A muestra una alineación del exón 1 y la región 5' del intrón 1 de ser humano(H. sapiens,SEQ ID NO:160), monos macaco de la India(M. mulatta,SEQ ID NO:73), tití(C. jacchus,SEQ ID N<o>:74), perro (C.familiaris,S<e>Q ID NO:75), rata(R. norvegicus,SEQ ID NO:75) y ratón(M. musculus,SEQ ID NO:76). 3<b>muestra una alineación del resto del intrón 1 y un fragmento pequeño del exón 2. Esta región incluye el Locus 1 al Locus 5 de humano (SEQ ID NO:161), monos macacos de la India (SEQ ID NO:77), tití (SEQ ID NO:78), perro (SEQ ID NO:79), rata (SEQ ID NO:80) y ratón(M. musculus,SEQ iD NO:81) que son loci en el gen de albúmina elegido para dirigirse a ZFN. Las secuencias representadas muestran el codón inicial ATG (caja grande en la Figura 3A) y los límites del exón 1 y el intrón 1 (Figura 3A) y el intrón 1 y el exón 2 (Figura 3B). Figure 3, panels A and B, show alignments of the albumin genes from a variety of species of interest. Figure 3A shows an alignment of exon 1 and the 5' region of intron 1 from human (H. sapiens, SEQ ID NO: 160), Indian macaque monkeys (M. mulatta, SEQ ID NO: 73), marmoset (C. jacchus,SEQ ID N<o>:74), dog (C.familiaris, S<e>Q ID NO:75), rat (R. norvegicus,SEQ ID NO:75) and mouse (M. musculus ,SEQ ID NO:76). 3<b>shows an alignment of the remainder of intron 1 and a small fragment of exon 2. This region includes Locus 1 to Locus 5 of human (SEQ ID NO:161), Indian macaque monkeys (SEQ ID NO:77 ), marmoset (SEQ ID NO:78), dog (SEQ ID NO:79), rat (SEQ ID NO:80) and mouse (M. musculus, SEQ ID NO:81) which are loci in the chosen albumin gene to go to ZFN. The depicted sequences show the ATG start codon (large box in Figure 3A) and the boundaries of exon 1 and intron 1 (Figure 3A) and intron 1 and exon 2 (Figure 3B).
La Figura 4, paneles A y B,representan los resultados de un ensayo de emparejamiento incorrecto Cel-I realizado en ADN genómico de tejido hepático obtenido con biopsia de ratones inyectados con ZFN específicas de albúmina expresadas a partir de un vector AAV8 hepatotrófico. Los resultados provienen de 10 ratones de tipo silvestre (números 273-282) a los que se les inyectó por vía intravenosa mediante inyección en la vena de la cola dos conjuntos de pares de ZFN (par 1: SBS30724 y SBS30725 y par 2: SBS30872 y SBS30873). La Figura 4A es un gel que cuantifica los indels presentes en el amplicón que abarca el sitio del par 1 y la Figura 4B es otro gel que cuantifica los indels presentes en el amplicón que abarca el sitio del par 2. El porcentaje de genes de albúmina que presentan modificaciones inducidas por z Fn en las biopsias hepáticas se indica en la parte inferior de los carriles y demuestra que los pares de albúmina ZFN son capaces de modificar hasta el 17 % de las dianas cuando se suministran las nucleasasin vivo.Figure 4, panels A and B, depict the results of a Cel-I mismatch assay performed on genomic DNA from liver tissue biopsied from mice injected with albumin-specific ZFNs expressed from a hepatotrophic AAV8 vector. The results come from 10 wild-type mice (numbers 273-282) that were injected intravenously by tail vein injection with two sets of ZFN pairs (pair 1: SBS30724 and SBS30725 and pair 2: SBS30872 and SBS30873). Figure 4A is a gel quantifying the indels present in the amplicon spanning the pair 1 site and Figure 4B is another gel quantifying the indels present in the amplicon spanning the pair 2 site. The percentage of albumin genes showing z Fn-induced modifications in liver biopsies is indicated at the bottom of the lanes and demonstrates that ZFN albumin pairs are capable of modifying up to 17% of the targets when nucleases are delivered in vivo.
La Figura 5, paneles A y B,representan los resultados de un ensayo de emparejamiento incorrecto Cel-I realizado en ADN genómico de tejido hepático obtenido con biopsia de ratones inyectados con ZFN específicas de albúmina expresadas a partir de diferentes vectores AAV quiméricos. Los detalles experimentales se proporcionan en el Ejemplo 5. La Figura 5A demuestra que las ZFN pueden escindir la diana de albúmina en el hígadoin vivocuando se introduce en el animal a través del suministro de genes mediada por AAV. El porcentaje de genes de albúmina que portaban modificaciones inducidas por ZFN en las biopsias de hígado estaba en el intervalo de hasta el 16 por ciento. La Figura 5B muestra una transferencia Western de tejido hepático usando anticuerpos anti-Flag o antip65. Los marcos de lectura abiertos que codifican las ZFN se fusionaron con una secuencia que codifica una etiqueta FLAG polipeptídica. Por lo tanto, el anticuerpo anti-Flag detectó las ZFN y demostró la expresión de ZFN en los ratones que recibieron ZFN. El anticuerpo anti-p65 sirvió como un control de carga en estos experimentos e indicó que se cargaron cantidades comparables de proteína en cada carril. Figure 5, panels A and B, depict the results of a Cel-I mismatch assay performed on genomic DNA from liver tissue biopsied from mice injected with albumin-specific ZFNs expressed from different chimeric AAV vectors. Experimental details are provided in Example 5. Figure 5A demonstrates that ZFNs can cleave the target albumin in the liver in vivo when introduced into the animal via AAV-mediated gene delivery. The percentage of albumin genes carrying ZFN-induced modifications in the liver biopsies was in the range of up to 16 percent. Figure 5B shows a Western blot of liver tissue using anti-Flag or antip65 antibodies. The open reading frames encoding ZFNs were fused to a sequence encoding a polypeptide FLAG tag. Therefore, anti-Flag antibody detected ZFNs and demonstrated ZFN expression in the mice that received ZFN. The anti-p65 antibody served as a loading control in these experiments and indicated that comparable amounts of protein were loaded into each lane.
LaFigura 6muestra los resultados de un estudio con ratones en el que se trataron grupos de ratones con el par ZFN 30724/30725 específico de albúmina de ratón mediante la administración de diferentes dosis de diferentes serotipos de AAV y después se evaluó la modificación genética mediante el ensayo Cel-I. Los serotipos de AAV probados en este estudio fueron AAV2/5, AAV2/6, AAV2/8.2 y AAV2/8 (véase el texto para más detalles). Los niveles de dosis estaban en el intervalo de 5e10 a 1e12 genomas víricos y se inyectaron tres ratones por grupo. También se calcularon los genomas víricos presentes por célula diploide y se indican en la parte inferior de cada carril. El porcentaje de indels inducidos por cada tratamiento también se indica debajo de cada carril y demuestra que este par de ZFN es capaz de escindir el locus de albúmina. A los ratones control se les inyectó solución salina tamponada con fosfato. En la figura también se indica una banda no específica. Figure 6 shows the results of a mouse study in which groups of mice were treated with the mouse albumin-specific ZFN 30724/30725 pair by administering different doses of different AAV serotypes and then genetic modification was evaluated using the assay. Cel-I. The AAV serotypes tested in this study were AAV2/5, AAV2/6, AAV2/8.2, and AAV2/8 (see text for details). Dose levels were in the range of 5e10 to 1e12 viral genomes and three mice per group were injected. The viral genomes present per diploid cell were also calculated and are indicated at the bottom of each lane. The percentage of indels induced by each treatment is also indicated below each lane and demonstrates that this ZFN pair is capable of cleaving the albumin locus. Control mice were injected with phosphate-buffered saline. A non-specific band is also indicated in the figure.
LaFigura 7es un gráfico que representa la expresión del factor IX humano (F. IX) a partir de un transgén insertado en el locus de albúmina de ratónin vivo.Un transgén donante F.IX humano se insertó en el locus de albúmina de ratón en el intrón 1 o en el intrón 12 después de la escisión con ZFN específicas de albúmina de ratón en ratones de tipo silvestre. El gráfico muestra los niveles de expresión de F. IX durante un período de 8 semanas después de<la inyección de los vectores. Se usaron pares de z>F<n dirigidos al intrón 1 o al intrón 12 de albúmina de ratón en>este experimento, así como ZFN dirigidas a un gen humano como un control. El gen F.IX donante se diseñó para usarse después de la inserción en el intrón 1 y, por lo tanto, no se expresa adecuadamente cuando se inserta en el intrón 12. El transgén F.IX humano se expresa a un nivel robusto durante al menos 8 semanas después de la inserción en el locus del intrón 1 de albúmina de ratón. Figure 7 is a graph depicting the expression of human factor IX (F.IX) from a transgene inserted into the mouse albumin locus in vivo. A human F.IX donor transgene was inserted into the mouse albumin locus in the intron 1 or intron 12 after excision with specific ZFNs from mouse albumin in wild-type mice. The graph shows the expression levels of F. IX over a period of 8 weeks after injection of the vectors. Pairs of z>F<n targeting mouse albumin intron 1 or intron 12 were used in>this experiment, as well as ZFNs targeting a human gene as a control. The donor F.IX gene was designed to be used after insertion into intron 1 and is therefore not adequately expressed when inserted into intron 12. The human F.IX transgene is expressed at a robust level for at least least 8 weeks after insertion into the mouse albumin intron 1 locus.
La Figura 8, paneles A y B,son gráficos que representan la expresión y funcionalidad del gen F.IX humano en el plasma de ratones hemofílicos después de la inserción del transgén F.IX inducida por ZFN. El experimento descrito en la Figura 7 se repitió en ratones hemofílicos usando las ZFN específicas del intrón 1 de albúmina y el donante F.IX humano. Dos semanas después del tratamiento, se analizaron el nivel de expresión en el suero (Figura 8A) y el tiempo de coagulación (Figura 8B). La expresión del transgén humano F.IX en ratones hemofílicos pudo restaurar el tiempo de coagulación al de ratones normales. Figure 8, panels A and B, are graphs depicting the expression and functionality of the human F.IX gene in the plasma of hemophilic mice after ZFN-induced F.IX transgene insertion. The experiment described in Figure 7 was repeated in hemophilic mice using the albumin intron 1-specific ZFNs and the human F.IX donor. Two weeks after treatment, the expression level in serum (Figure 8A) and clotting time (Figure 8B) were analyzed. Expression of the human F.IX transgene in hemophilic mice was able to restore clotting time to that of normal mice.
LaFigura 9(SEQ ID NO:82) proporciona un segmento de la secuencia del gen de la albúmina humana que abarca partes del exón 1 y el intrón 1. Las barras horizontales sobre la secuencia indican los sitios diana de las nucleasas con dedos de cinc. Figure 9 (SEQ ID NO:82) provides a segment of the human albumin gene sequence spanning parts of exon 1 and intron 1. Horizontal bars above the sequence indicate the target sites of zinc finger nucleases.
LaFigura 10muestra una alineación de un segmento de los genes de albúmina en el intrón 1 de una diversidad de especies de primates incluyendo ser humano,Homo sapiens(SEQ ID NO:154), variantes de macaco cangrejero (donde las secuencias 'C' y 'S' derivan de dos fuentes de secuencia genómica diferentes):M. fascicularis_c(SEQ<ID NO: 155) y M. fascicularis_s (SEQ ID NO: 156) y macaco de la India, M mulatta>(S<e>Q<ID NO: 157). La figura>muestra las ubicaciones diana del ADN de los TALEN específicos de albúmina (indicados por las barras horizontales encima de la secuencia). Figure 10 shows an alignment of a segment of the albumin genes in intron 1 of a variety of primate species including human, Homo sapiens (SEQ ID NO: 154), cynomolgus macaque variants (where the sequences 'C' and ' S' are derived from two different genomic sequence sources):M. fascicularis_c(SEQ<ID NO: 155) and M. fascicularis_s (SEQ ID NO: 156) and Indian macaque, M mulatta>(S<e>Q<ID NO: 157). Figure>shows the DNA target locations of albumin-specific TALENs (indicated by the horizontal bars above the sequence).
La Figura 11, paneles A a C,muestra los resultados de un ensayo Cel-I realizado en ADN genómico aislado de células HepG2 tratadas con TALEN o ZFN dirigidas a albúmina humana (Figuras 11A y B) y la actividad NHEJ de TALEN con diferentes espacios entre huecos (Figura 11C). Las nucleasas se introdujeron en células HepG2 mediante transfección transitoria de plásmidos y se cuantificaron 3 días después para la modificación diana mediante el ensayo Cel-I. Se usaron dos variaciones del dominio de unión al ADN de TALE, que diferían en la ubicación de sus puntos de truncamiento C-terminal, la versión 17 y la versión 63 (véase el texto). Los pares usados se describen en la Tabla 10. Además, también se probaron tres pares de ZFN y el % de indels detectadas por el ensayo Cel 1 se indica en la parte inferior de los carriles. La Figura 11C es un gráfico que representa la actividad de NHEJ en términos del espacio entre espacios (pb) entre los sitios de unión de TALEN. Figure 11, panels A to C, shows the results of a Cel-I assay performed on genomic DNA isolated from HepG2 cells treated with TALEN or ZFN targeting human albumin (Figures 11A and B) and the NHEJ activity of TALEN with different gaps. between gaps (Figure 11C). Nucleases were introduced into HepG2 cells by transient plasmid transfection and quantified 3 days later for target modification using the Cel-I assay. Two variations of the TALE DNA-binding domain were used, differing in the location of their C-terminal truncation points, version 17 and version 63 (see text). The pairs used are described in Table 10. Additionally, three pairs of ZFNs were also tested and the % of indels detected by the Cel 1 assay are indicated at the bottom of the lanes. Figure 11C is a graph depicting NHEJ activity in terms of the gap spacing (bp) between TALEN binding sites.
La Figura 12, paneles A, B y Crepresenta los resultados de los pares de ZFN dirigidos al locus de albúmina del macaco de la India. La Figura 12A muestra el porcentaje de actividad NHEJ para el par 35396/36806 en comparación con el par 35396/36797, probado en células RF/6A en 3 experimentos independientes, todos realizados usando una concentración de ZFN de 400 ng. La Figura 12B representa una titulación de dosis para los dos pares, de 50 ng de cada ZFN a 400 ng donde las muestras se analizaron el día 3 después de la transducción. La mitad inferior de la Figura 12B muestra otro experimento que compara los dos pares el día 3 o el día 10 usando 400 ng de ZFN. La Figura 12C representa los resultados del análisis SELEX (realizado a una concentración de sal de 100 mM) de las tres ZFN que se estaban comparando donde el tamaño de la barra sobre la línea media muestra los resultados para esa posición que se esperaban (es decir, una sola barra con un valor de 1,0 por encima de la línea significaría que cada base en esa posición analizada en el análisis SELEX era la base esperada), mientras que las barras debajo de la línea indican la presencia de bases no esperadas. Las barras divididas indican las contribuciones relativas de otras bases. Figure 12, panels A, B, and C depicts the results for ZFN pairs targeting the rhesus macaque albumin locus. Figure 12A shows the percentage of NHEJ activity for the 35396/36806 pair compared to the 35396/36797 pair, tested in RF/6A cells in 3 independent experiments, all performed using a ZFN concentration of 400 ng. Figure 12B represents a dose titration for the two pairs, from 50 ng of each ZFN to 400 ng where samples were analyzed on day 3 post-transduction. The bottom half of Figure 12B shows another experiment comparing the two pairs on day 3 or day 10 using 400 ng ZFN. Figure 12C represents the results of the SELEX analysis (performed at a salt concentration of 100 mM) of the three ZFNs that were being compared where the size of the bar above the midline shows the results for that position that were expected (i.e. , a single bar with a value of 1.0 above the line would mean that every base at that position analyzed in the SELEX analysis was the expected base), while bars below the line indicate the presence of unexpected bases. Divided bars indicate the relative contributions of other bases.
La Figura 13, paneles A y B,demuestran la inserción de un donante del transgén huGLa (deficiente en pacientes afectados por la enfermedad de Fabry) en el locus de albúmina en ratones. La Figura 13A muestra una transferencia Western contra la proteína huGLa codificada por el transgén, donde la flecha indica la proteína presunta. Comparación de las muestras de ratón de aquellos ratones que recibieron tanto ZFN como donante (muestras 1-1, 1-2 y 1-3) con las muestras que recibieron solo ZFN (4-1, 4-2, 4-3) o aquellos que sólo recibieron el donante huGLa ("donante hu Fabry"), las muestras 5-1 y 5-2 conducen a la identificación de una banda que coincide con el control del lisado de hígado humano. La Figura 13B representa resultados de ELISA usando un kit de ELISA específico de huGLa, donde se analizaron muestras de ratones 14 o 30 días después de la introducción del virus (véase el texto para obtener más detalles). Las barras de error representan desviaciones típicas (n=3). Los resultados demuestran que los ratones que recibieron tanto ZFN como donante tenían mayores cantidades de señal de huGLa que aquellos que solo recibieron ZFN o solo recibieron donante. Figure 13, panels A and B, demonstrate the insertion of a donor huGLa transgene (deficient in patients affected by Fabry disease) into the albumin locus in mice. Figure 13A shows a Western blot against the huGLa protein encoded by the transgene, where the arrow indicates the putative protein. Comparison of mouse samples from those mice that received both ZFN and donor (samples 1-1, 1-2, and 1-3) with samples that received only ZFN (4-1, 4-2, 4-3) or those who only received the huGLa donor ("hu Fabry donor"), samples 5-1 and 5-2 lead to the identification of a band matching the human liver lysate control. Figure 13B represents ELISA results using a huGLa-specific ELISA kit, where samples from mice were analyzed 14 or 30 days after virus introduction (see text for more details). Error bars represent standard deviations (n=3). The results demonstrate that mice that received both ZFN and donor had greater amounts of huGLa signal than those that received either ZFN alone or donor alone.
Descripción detalladaDetailed description
En el presente documento se desvelan composiciones y métodos para modificar un gen de albúmina endógeno, por ejemplo, para expresar un transgén en un tejido secretor. En algunas realizaciones, el transgén se inserta en un gen de albúmina endógeno para permitir niveles de expresión muy elevados que, además, se limitan al tejido hepático. El transgén puede codificar cualquier proteína o péptido incluyendo aquellos que proporcionan un beneficio terapéutico. Disclosed herein are compositions and methods for modifying an endogenous albumin gene, for example, to express a transgene in a secretory tissue. In some embodiments, the transgene is inserted into an endogenous albumin gene to allow very high expression levels that are also limited to liver tissue. The transgene can encode any protein or peptide including those that provide therapeutic benefit.
Por lo tanto, los métodos y composiciones de la invención pueden usarse para expresar proteínas terapéuticamente beneficiosas (de un transgén) a partir de loci altamente expresados en tejidos secretores. Por ejemplo, el transgén puede codificar una proteína implicada en trastornos de la sangre, por ejemplo, trastornos de la coagulación y una diversidad de otras enfermedades monogénicas. En algunas realizaciones, el transgén puede insertarse en el locus de albúmina endógeno de tal manera que la expresión del transgén esté controlada por los elementos de control de expresión de la albúmina, dando como resultado una expresión específica del hígado de la proteína codificada por el transgén en altas concentraciones. Las proteínas que pueden expresarse pueden incluir factores de coagulación tales como Factor VII, Factor VIII, Factor IX, Factor X, Factor XI, Factor XIII, vWF y similares, anticuerpos, proteínas relevantes para el almacenamiento lisosómico, insulina, alfa 1 -antitripsina y, de hecho, cualquier péptido o proteína que, cuando se expresa de esta manera, proporcione beneficios. Therefore, the methods and compositions of the invention can be used to express therapeutically beneficial proteins (from a transgene) from highly expressed loci in secretory tissues. For example, the transgene may encode a protein involved in blood disorders, for example, coagulation disorders and a variety of other monogenic diseases. In some embodiments, the transgene may be inserted into the endogenous albumin locus such that expression of the transgene is controlled by albumin expression control elements, resulting in liver-specific expression of the protein encoded by the transgene. in high concentrations. Proteins that may be expressed may include coagulation factors such as Factor VII, Factor VIII, Factor IX, Factor , in fact, any peptide or protein that, when expressed in this way, provides benefits.
Además, cualquier transgén puede introducirse en células derivadas de pacientes,por ejemplo,células madre pluripotentes inducidas (iPSC) derivadas del paciente u otros tipos de células madre (embrionarias, hematopoyéticas, neurales o mesenquimales como un conjunto no limitante) para su uso en una implantación final en tejidos secretores. El transgén puede introducirse en cualquier región de interés en estas células, incluyendo, pero no limitado a, en un gen de albúmina o en un gen de puerto seguro. Estas células madre alteradas pueden diferenciarse, por ejemplo, en hepatocitos y se implanta en el hígado. Alternativamente, el transgén puede dirigirse al tejido secretor según se desee a través del uso de sistemas de administración víricos u otros sistemas que se dirijan a tejidos específicos. Por ejemplo, el uso del vector AAV8 del virus asociado al adenovirus trófico del hígado (AAV) como vehículo de administración puede dar como resultado la integración del transgén en el locus deseado cuando se cosuministran nucleasas específicas con el transgén. Furthermore, any transgene can be introduced into patient-derived cells, for example, patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) or other types of stem cells (embryonic, hematopoietic, neural or mesenchymal as a non-limiting set) for use in a final implantation in secretory tissues. The transgene can be introduced into any region of interest in these cells, including, but not limited to, an albumin gene or a safe harbor gene. These altered stem cells can differentiate, for example, into hepatocytes and implant in the liver. Alternatively, the transgene can be targeted to the secretory tissue as desired through the use of viral delivery systems or other systems that target specific tissues. For example, use of the liver trophic adenovirus-associated virus (AAV) AAV8 vector as a delivery vehicle can result in integration of the transgene into the desired locus when specific nucleases are co-delivered with the transgene.
GeneralGeneral
La puesta en práctica de los métodos, así como la preparación y el uso de las composiciones desveladas en el presente documento emplean, salvo que se indique lo contrario, técnicas convencionales en biología molecular, bioquímica, estructura y análisis de la cromatina, química computacional, cultivo celular, ADN recombinante y campos relacionados como se conocen dentro del campo de la técnica. Estas técnicas se explican completamente en la bibliografía. Véase, por ejemplo, Sambrooket al.MOLECULAR CLONING: A LABO<r>A<t>ORY<m>A<n>UAL, Segunda edición, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989 y Tercera edición, 2001; Ausubelet al.,CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, John Wiley & Sons, Nueva York, 1987 y actualizaciones periódicas; la serie METHODS IN ENZYMOLOGY, Academic Press, San Diego; Wolffe, CHROMATIN STRUCTURE AND FUNCTION, Tercera edición, Academic Press, San Diego, 1998; METHODS IN ENZYMOLOGY, Vol. 304, "Chromatin" (P.M. Wassarman y A. P. Wolffe, eds.), Academic Press, San Diego, 1999; y METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY, Vol. 119, "Chromatin Protocols" (P.B. Becker, ed.) Humana Press, Totowa, 1999. The implementation of the methods, as well as the preparation and use of the compositions disclosed herein employ, unless otherwise indicated, conventional techniques in molecular biology, biochemistry, chromatin structure and analysis, computational chemistry, cell culture, recombinant DNA and related fields as known within the art. These techniques are fully explained in the bibliography. See, for example, Sambrooket al.MOLECULAR CLONING: A LABO<r>A<t>ORY<m>A<n>UAL, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989 and Third Edition, 2001; Ausubelet al., CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, John Wiley & Sons, New York, 1987 and periodic updates; the METHODS IN ENZYMOLOGY series, Academic Press, San Diego; Wolffe, CHROMATIN STRUCTURE AND FUNCTION, Third Edition, Academic Press, San Diego, 1998; METHODS IN ENZYMOLOGY, Vol. 304, "Chromatin" (P.M. Wassarman and A. P. Wolffe, eds.), Academic Press, San Diego, 1999; and METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY, Vol. 119, "Chromatin Protocols" (P.B. Becker, ed.) Humana Press, Totowa, 1999.
DefinicionesDefinitions
Las expresiones "ácido nucleico", "polinucleótido" y "oligonucleótido" se usan indistintamente y se refieren a un polímero desoxirribonucleótido o ribonucleótido, en conformación lineal o circular y en forma monocatenaria o bicatenaria. Para los fines de la presente divulgación, estos términos no deben interpretarse como limitantes con respecto a la longitud de un polímero. Los términos pueden abarcar análogos conocidos de nucleótidos naturales, así como nucleótidos que se modifican en los restos de la base, el azúcar y/o el fosfato (por ejemplo, cadenas principales de fosforotioato). En general, un análogo de un nucleótido particular tiene la misma especificidad de emparejamiento de bases; es decir,un análogo de A se emparejará con T. The terms "nucleic acid", "polynucleotide" and "oligonucleotide" are used interchangeably and refer to a deoxyribonucleotide or ribonucleotide polymer, in linear or circular conformation and in single-stranded or double-stranded form. For the purposes of the present disclosure, these terms should not be construed as limiting the length of a polymer. The terms may encompass known analogues of naturally occurring nucleotides, as well as nucleotides that are modified at base, sugar and/or phosphate residues (e.g., phosphorothioate backbones). In general, an analog of a particular nucleotide has the same base pairing specificity; that is, an analogue of A will pair with T.
Los términos "polipéptido", "péptido" y "proteína" se usan indistintamente para referirse a un polímero de restos de aminoácidos. El término también se aplica a polímeros de aminoácidos en los que uno o más aminoácidos son análogos químicos o derivados modificados de los correspondientes aminoácidos de origen natural. The terms "polypeptide", "peptide" and "protein" are used interchangeably to refer to a polymer of amino acid residues. The term also applies to amino acid polymers in which one or more amino acids are chemical analogues or modified derivatives of the corresponding naturally occurring amino acids.
"Unión" se refiere a una interacción específica de secuencia, no covalente, entre macromoléculas (por ejemplo, entre una proteína y un ácido nucleico). No todos los componentes de una interacción de unión necesitan ser específicos de secuencia (por ejemplo, contactos con restos de fosfato en una cadena principal de ADN), siempre que la interacción en su totalidad sea específica de secuencia. Tales interacciones se caracterizan generalmente por una constante de disociación (Kd) de 10-6 M-1 o menos. "Afinidad" se refiere a la fuerza de la unión: correlacionándose una afinidad de unión aumentada con una Kd menor. "Binding" refers to a sequence-specific, non-covalent interaction between macromolecules (for example, between a protein and a nucleic acid). Not all components of a binding interaction need to be sequence-specific (e.g., contacts with phosphate residues on a DNA backbone), as long as the interaction as a whole is sequence-specific. Such interactions are generally characterized by a dissociation constant (Kd) of 10-6 M-1 or less. "Affinity" refers to the strength of the binding: an increased binding affinity correlating with a lower Kd.
Una "proteína de unión" es una proteína que es capaz de unirse no covalentemente a otra molécula. Una proteína de unión puede unirse a, por ejemplo, una molécula de ADN (una proteína de unión al ADN), una molécula de ARN (una proteína de unión a ARN) y/o una molécula de proteína (una proteína de unión a proteína). En el caso de una proteína de unión a proteína, puede unirse consigo misma (para formar homodímeros, homotrímeros, etc.) y/o puede unirse a una o más moléculas de una proteína o proteínas diferentes. Una proteína de unión puede tener más de un tipo de actividad de unión. Por ejemplo, las proteínas de dedo de cinc tienen actividad de unión al ADN, unión al ARN y unión a proteínas. A "binding protein" is a protein that is capable of non-covalently binding to another molecule. A binding protein may bind to, for example, a DNA molecule (a DNA-binding protein), an RNA molecule (an RNA-binding protein) and/or a protein molecule (a protein-binding protein). ). In the case of a protein-binding protein, it can bind with itself (to form homodimers, homotrimers, etc.) and/or it can bind to one or more molecules of a different protein or proteins. A binding protein may have more than one type of binding activity. For example, zinc finger proteins have DNA binding, RNA binding, and protein binding activity.
Una "proteína de unión al ADN de dedo de cinc" (o dominio de unión) es una proteína, o un dominio dentro de una proteína más grande, que se une al ADN de forma específica de la secuencia a través de uno o más dedos de cinc, que son regiones de la secuencia de aminoácidos dentro del dominio de unión cuya estructura se estabiliza a través de la coordinación de un ion de cinc. La expresión proteína de unión al ADN de dedo de cinc frecuentemente se abrevia como proteína de dedo de cinc o ZFP. A "zinc finger DNA binding protein" (or binding domain) is a protein, or a domain within a larger protein, that binds DNA in a sequence-specific manner through one or more fingers. zinc, which are regions of the amino acid sequence within the binding domain whose structure is stabilized through the coordination of a zinc ion. The term zinc finger DNA binding protein is frequently abbreviated as zinc finger protein or ZFP.
Un "dominio de unión al ADN de TALE" o "TALE" es un polipéptido que comprende uno o más dominios/unidades de repetición de TALE. Los dominios de repetición están implicados en la unión de TALE a su secuencia de ADN diana afín. Una "unidad de repetición" (también denominada una "repetición") tiene normalmente 33-35 aminoácidos de longitud y exhibe al menos homología de secuencia con otras secuencias de repetición de TALE dentro de una proteína TALE de origen natural. Véase, por ejemplo, la Publicación de Patente de EE.UU. N.° 20110301073. A "TALE DNA binding domain" or "TALE" is a polypeptide comprising one or more TALE domains/repeat units. The repeat domains are involved in the binding of TALE to its cognate target DNA sequence. A "repeat unit" (also called a "repeat") is typically 33-35 amino acids in length and exhibits at least sequence homology with other TALE repeat sequences within a naturally occurring TALE protein. See, for example, US Patent Publication No. 20110301073.
Los dominios de unión de dedos de cinc y TALE pueden "modificarse por ingeniería genética" para unirse a una secuencia de nucleótidos predeterminada, por ejemplo, a través de modificación por ingeniería genética (alterando uno o más aminoácidos) de la región de la hélice de reconocimiento de un dedo de cinc o proteína TALE de origen natural. Por lo tanto, las proteínas de unión al ADN modificadas por ingeniería genética (dedos de cinc o TALE) son proteínas que no son de origen natural. Los ejemplos no limitantes de métodos para modificar proteínas de unión al ADN son el diseño y la selección. Una proteína de unión al ADN diseñada es una proteína que no existe en la naturaleza y cuyo diseño/composición resulta principalmente de criterios racionales. Los criterios racionales para el diseño incluyen la aplicación de reglas de sustitución y algoritmos computarizados para el procesamiento de información en una base de datos que almacena información de diseños ZFP y/o TALE existentes y datos de unión. Véanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. 6.140.081; 6.453.242; y 6.534.261; véanse también el documento WO<98/53058; el documento>W<o 98/53059; el documento WO 98/53060; el documento WO 02/016536 y el documento>WO 03/016496 y la Publicación de EE.UU. N.° 20110301073. The zinc finger and TALE binding domains can be "engineered" to bind to a predetermined nucleotide sequence, for example, through engineering (altering one or more amino acids) of the helix region of recognition of a naturally occurring zinc finger or TALE protein. Therefore, engineered DNA binding proteins (zinc fingers or TALE) are proteins that are not naturally occurring. Non-limiting examples of methods for modifying DNA-binding proteins are design and selection. A designed DNA-binding protein is a protein that does not exist in nature and whose design/composition results primarily from rational criteria. Rational criteria for design include the application of substitution rules and computerized algorithms for processing information in a database that stores information from existing ZFP and/or TALE designs and joining data. See, for example, US Patents 6,140,081; 6,453,242; and 6,534,261; see also document WO<98/53058; document>W<o 98/53059; document WO 98/53060; WO 02/016536 and WO 03/016496 and US Publication No. 20110301073.
Una proteína de dedo de cinc o TALE "seleccionada" es una proteína que no existe en la naturaleza cuya producción resulta principalmente de un proceso empírico tal como visualización en fagos, trampa de interacción o selección de híbridos. Véase, por ejemplo, el documento US 5.789.538; el documento US 5.925.523; el documento US 6.007.988; el documento US 6.013.453; el documento US 6.200.759; el documento WO 95/19431; el documento WO 96/06166; el documento WO 98/53057; el documento WO 98/54311; el documento WO 00/27878; el documento WO 01/60970; el documento WO 01/88197; el documento WO 02/099084 y la Publicación de EE.UU. N.° 20110301073. A "selected" zinc finger or TALE protein is a non-naturally occurring protein whose production results primarily from an empirical process such as phage display, interaction trapping, or hybrid selection. See, for example, US 5,789,538; US 5,925,523; document US 6,007,988; US 6,013,453; US 6,200,759; document WO 95/19431; document WO 96/06166; document WO 98/53057; document WO 98/54311; document WO 00/27878; document WO 01/60970; document WO 01/88197; WO 02/099084 and US Publication No. 20110301073.
"Recombinación" se refiere a un proceso de intercambio de información genética entre dos polinucleótidos. Para los fines de esta divulgación, "recombinación homóloga (HR)" se refiere a la forma especializada de dicho intercambio que tiene lugar, por ejemplo, durante la reparación de roturas bicatenarias en las células a través de mecanismos de reparación dirigidos por homología. Este proceso requiere una homología de secuencia de nucleótidos, usa una molécula "donante" para la reparación de una molécula "diana" (es decir, la que experimentó la rotura bicatenaria) y se conoce diversamente como "conversión genética sin cruce" o "conversión genética de tracto corto", porque conduce a la transferencia de información genética del donante a la diana. Sin desear quedar ligado a teoría alguna, dicha transferencia puede implicar la corrección de errores del ADN heterodúplex que se forma entre la diana rota y el donante y/o "hibridación de cadena dependiente de síntesis", en la que el donante se usa para resintetizar la información genética que se convertirá en parte de la diana y/o procesos relacionados. Tal HR especializada a menudo da como resultado una alteración de la secuencia de la molécula diana de tal manera que parte o toda la secuencia del polinucleótido donante se incorpora al polinucleótido diana. "Recombination" refers to a process of exchanging genetic information between two polynucleotides. For the purposes of this disclosure, "homologous recombination (HR)" refers to the specialized form of such exchange that takes place, for example, during the repair of double-strand breaks in cells through homology-directed repair mechanisms. This process requires nucleotide sequence homology, uses a "donor" molecule for the repair of a "target" molecule (i.e., the one that experienced the double-strand break), and is variously known as "noncrossover genetic conversion" or "crossover conversion". short-tract genetics", because it leads to the transfer of genetic information from the donor to the target. Without wishing to be bound by theory, such transfer may involve error correction of the heteroduplex DNA that forms between the cleaved target and the donor and/or "synthesis-dependent strand hybridization," in which the donor is used to resynthesize the genetic information that will become part of the target and/or related processes. Such specialized HR often results in an alteration of the sequence of the target molecule such that part or all of the sequence of the donor polynucleotide is incorporated into the target polynucleotide.
En los métodos de la divulgación, una o más nucleasas dirigidas como se describen en el presente documento crean una rotura bicatenaria en la secuencia diana (por ejemplo, cromatina celular) en un sitio predeterminado, y un polinucleótido "donante", que tiene homología con la secuencia nucleotídica en la región de la rotura, puede introducirse en la célula. Se ha demostrado que la presencia de la rotura bicatenaria facilita la integración de la secuencia donante. La secuencia donante puede estar físicamente integrada o, como alternativa, el polinucleótido donante se usa como molde para reparar la rotura a través de recombinación homóloga, dando como resultado la introducción de toda o parte de la secuencia nucleotídica como en el donante en la cromatina celular. Por lo tanto, una primera secuencia en la cromatina celular puede alterarse y, en determinadas realizaciones, puede convertirse en una secuencia presente en un polinucleótido donante. Por lo tanto, el uso de los términos "reemplazar" o "reemplazo" puede entenderse que representa el reemplazo de una secuencia de nucleótidos por otra, (es decir, el reemplazo de una secuencia en el sentido de información) y no necesariamente requiere reemplazo físico o químico de un polinucleótido por otro. In the methods of the disclosure, one or more targeted nucleases as described herein create a double-stranded break in the target sequence (e.g., cellular chromatin) at a predetermined site, and a "donor" polynucleotide, which has homology to the nucleotide sequence in the region of the break can be introduced into the cell. It has been shown that the presence of the double-strand break facilitates the integration of the donor sequence. The donor sequence may be physically integrated or, alternatively, the donor polynucleotide is used as a template to repair the break through homologous recombination, resulting in the introduction of all or part of the nucleotide sequence as in the donor into cellular chromatin. . Therefore, a first sequence in cellular chromatin can be altered and, in certain embodiments, converted to a sequence present in a donor polynucleotide. Therefore, use of the terms "replace" or "replacement" can be understood to represent the replacement of one nucleotide sequence by another, (i.e., the replacement of a sequence in the informational sense) and does not necessarily require replacement. physical or chemical exchange of one polynucleotide by another.
En cualquiera de los métodos descritos en el presente documento, pueden usarse pares adicionales de proteínas con dedos de cinc o TALEN para la escisión adicional bicatenaria de sitios diana adicionales dentro de la célula. In any of the methods described herein, additional pairs of zinc finger proteins or TALENs can be used for additional double-stranded cleavage of additional target sites within the cell.
En determinadas realizaciones de métodos para la recombinación dirigida y/o el reemplazo y/o la alteración de una secuencia en una región de interés en la cromatina celular, una secuencia cromosómica se altera por recombinación homóloga con una secuencia de nucleótidos "donante" exógena. Dicha recombinación homóloga se estimula por la presencia de una rotura bicatenaria en la cromatina celular, si están presentes secuencias homólogas a la región de la rotura. In certain embodiments of methods for targeted recombination and/or replacement and/or alteration of a sequence in a region of interest in cellular chromatin, a chromosomal sequence is altered by homologous recombination with an exogenous "donor" nucleotide sequence. Said homologous recombination is stimulated by the presence of a double-strand break in the cellular chromatin, if sequences homologous to the region of the break are present.
En cualquiera de los métodos descritos en el presente documento, la primera secuencia nucleotídica (la "secuencia donante") puede contener secuencias que son homólogas, pero no idénticas, a las secuencias genómicas en la región de interés, estimulando de esta manera la recombinación homóloga para insertar una secuencia no idéntica en la región de interés. Por lo tanto, en determinadas realizaciones, las partes de la secuencia donante que son homólogas a las secuencias de la región de interés exhiben entre aproximadamente el 80 y el 99 % (o cualquier número entero entre estos) de identidad de secuencia con la secuencia genómica que se reemplaza. En otras realizaciones, la homología entre la secuencia donante y la genómica es más alta que el 99 %, por ejemplo si solo difiere 1 nucleótido entre las secuencias donante y genómica de más de 101 pares de bases contiguos. En determinados casos, una parte no homóloga de la secuencia donante puede contener secuencias que no están presentes en la región de interés, de tal manera que se introducen nuevas secuencias en la región de interés. En estos casos, la secuencia no homóloga generalmente está flanqueada por secuencias de 50-1.000 pares de bases (o cualquier valor entero entre ellas) o cualquier número de pares de bases mayor que 1.000, que son homólogas o idénticas a las secuencias en la región de interés. En otras realizaciones, la secuencia donante no es homóloga a la primera secuencia y se inserta en el genoma mediante mecanismos de recombinación no homóloga. In any of the methods described herein, the first nucleotide sequence (the "donor sequence") may contain sequences that are homologous, but not identical, to the genomic sequences in the region of interest, thereby stimulating homologous recombination. to insert a non-identical sequence into the region of interest. Therefore, in certain embodiments, the portions of the donor sequence that are homologous to the sequences of the region of interest exhibit between about 80 and 99% (or any integer therebetween) of sequence identity with the genomic sequence. that is replaced. In other embodiments, the homology between the donor and genomic sequences is higher than 99%, for example if only 1 nucleotide differs between the donor and genomic sequences by more than 101 contiguous base pairs. In certain cases, a non-homologous part of the donor sequence may contain sequences that are not present in the region of interest, such that new sequences are introduced into the region of interest. In these cases, the non-homologous sequence is generally flanked by sequences of 50-1,000 base pairs (or any integer value in between) or any number of base pairs greater than 1,000, which are homologous or identical to the sequences in the region. of interest. In other embodiments, the donor sequence is not homologous to the first sequence and is inserted into the genome through non-homologous recombination mechanisms.
Cualquiera de los métodos descritos en el presente documento puede usarse para la inactivación parcial o completa de una o más secuencias diana en una célula mediante la integración dirigida de la secuencia donante que interrumpe la expresión del gen o genes de interés. También se proporcionan líneas celulares con genes parcial o completamente inactivados. Any of the methods described herein can be used for partial or complete inactivation of one or more target sequences in a cell by targeted integration of the donor sequence that disrupts the expression of the gene or genes of interest. Cell lines with partially or completely inactivated genes are also provided.
Adicionalmente, los métodos de integración dirigida como se describen en el presente documento también pueden usarse para integrar una o más secuencias exógenas. La secuencia de ácido nucleico exógena puede comprender, por ejemplo, uno o más genes o moléculas de ADNc, o cualquier tipo de secuencia codificante o no codificante, así como uno o más elementos de control (por ejemplo, promotores). Además, la secuencia de ácido nucleico exógena puede producir una o más moléculas de ARN (por ejemplo, ARN en horquilla pequeña), ARN inhibidores (ARNis), microARN (miARN),etc.).Additionally, targeted integration methods as described herein can also be used to integrate one or more exogenous sequences. The exogenous nucleic acid sequence may comprise, for example, one or more genes or cDNA molecules, or any type of coding or non-coding sequence, as well as one or more control elements (for example, promoters). Furthermore, the exogenous nucleic acid sequence may produce one or more RNA molecules (e.g., small hairpin RNAs), inhibitory RNAs (iRNAs), microRNAs (miRNAs), etc.).
"Escisión" se refiere a la rotura de la cadena principal de una molécula de ADN. La escisión puede iniciarse mediante una diversidad de métodos que incluyen, pero no limitado a, hidrólisis enzimática o química de un enlace fosfodiéster. Tanto la escisión monocatenaria como la escisión bicatenaria son posibles y la escisión bicatenaria puede producirse como resultado de dos eventos de escisión monocatenaria. La escisión del ADN puede dar como resultado la producción de extremos romos o extremos escalonados. En determinadas realizaciones, los polipéptidos de fusión se usan para la escisión dirigida del ADN bicatenario. "Cleavage" refers to the breaking of the backbone of a DNA molecule. Cleavage can be initiated by a variety of methods including, but not limited to, enzymatic or chemical hydrolysis of a phosphodiester bond. Both single-strand cleavage and double-strand cleavage are possible and double-strand cleavage can occur as a result of two single-strand cleavage events. DNA cleavage can result in the production of blunt ends or staggered ends. In certain embodiments, fusion polypeptides are used for targeted cleavage of double-stranded DNA.
Un "semidominio de escisión" es una secuencia polipeptídica que, junto con un segundo polipéptido (ya sea idéntico o diferente) forma un complejo que tiene actividad de escisión (preferentemente actividad de escisión bicatenaria). Las expresiones "primer y segundo semidominios de escisión"; "semidominios de escisión y -" y "semidominios de escisión derecho e izquierdo" se usan indistintamente para referirse a parejas de semidominios de escisión que se dimerizan. A "cleavage half-domain" is a polypeptide sequence that, together with a second polypeptide (whether identical or different) forms a complex that has cleavage activity (preferably double-strand cleavage activity). The terms "first and second cleavage half domains"; "y-cleavage half-domains" and "left and right cleavage half-domains" are used interchangeably to refer to pairs of dimerizing cleavage half-domains.
Un "semidominio de escisión modificado por ingeniería genética" es un semidominio de escisión que se ha modificado para formar heterodímeros obligados con otro semidominio de escisión (por ejemplo, otro semidominio modificado por ingeniería genética). Véanse,también,las Publicaciones de Patente de EE.UU. N.° 2005/0064474, 20070218528, 2008/0131962 y 2011/0201055. An "engineered cleavage half-domain" is a cleavage half-domain that has been modified to form obligate heterodimers with another cleavage half-domain (e.g., another engineered half-domain). See also US Patent Publications Nos. 2005/0064474, 20070218528, 2008/0131962 and 2011/0201055.
El término "secuencia" se refiere a una secuencia nucleotídica de cualquier longitud, que puede ser ADN o ARN; puede ser lineal, circular o ramificada y puede ser monocatenaria o bicatenaria. La expresión "secuencia donante" se refiere a una secuencia de nucleótidos que se inserta en un genoma. Una secuencia donante puede tener cualquier longitud, por ejemplo entre 2 y 10.000 nucleótidos de longitud (o cualquier valor entero entre los mismos o superior a estos), preferentemente entre aproximadamente 100 y 1.000 nucleótidos de longitud (o cualquier número entero entre los mismos), más preferentemente entre aproximadamente 200 y 500 nucleótidos de longitud. The term "sequence" refers to a nucleotide sequence of any length, which may be DNA or RNA; It can be linear, circular or branched and can be single-stranded or double-stranded. The term "donor sequence" refers to a nucleotide sequence that is inserted into a genome. A donor sequence may be of any length, for example between 2 and 10,000 nucleotides in length (or any integer value thereof or greater than these), preferably between approximately 100 and 1,000 nucleotides in length (or any integer value thereof), more preferably between about 200 and 500 nucleotides in length.
"Cromatina" es la estructura de nucleoproteína que comprende el genoma celular. La cromatina celular comprende ácido nucleico, principalmente ADN y proteínas, incluyendo histonas y proteínas cromosómicas no histonas. La mayoría de la cromatina celular eucariota existe en forma de nucleosomas, en donde un núcleo de nucleosoma comprende aproximadamente 150 pares de bases de ADN asociados a un octámero que comprende dos de cada una de las histonas H2A, H2B, H3 y H4; y el ADN enlazador (de longitud variable dependiendo del organismo) se extiende entre núcleos de nucleosomas. Una molécula de histona H1 generalmente se asocia con el ADN enlazador. Para los fines de la presente divulgación, el término "cromatina" pretende abarcar todos los tipos de nucleoproteína celular, tanto procariotas como eucariotas. La cromatina celular incluye cromatina cromosómica y episómica. "Chromatin" is the nucleoprotein structure that comprises the cellular genome. Cellular chromatin comprises nucleic acid, primarily DNA, and proteins, including histones and non-histone chromosomal proteins. The majority of eukaryotic cellular chromatin exists in the form of nucleosomes, where a nucleosome core comprises approximately 150 base pairs of DNA associated with an octamer comprising two each of histones H2A, H2B, H3 and H4; and linker DNA (of variable length depending on the organism) extends between nucleosome cores. A histone H1 molecule is usually associated with the linker DNA. For the purposes of the present disclosure, the term "chromatin" is intended to encompass all types of cellular nucleoprotein, both prokaryotic and eukaryotic. Cellular chromatin includes chromosomal and episomal chromatin.
Un "cromosoma", es un complejo de cromatina que comprende todo o parte del genoma de una célula. El genoma de una célula a menudo se caracteriza por su cariotipo, que es la colección de todos los cromosomas que comprenden el genoma de la célula. El genoma de una célula puede comprender uno o más cromosomas. A "chromosome" is a chromatin complex that comprises all or part of a cell's genome. The genome of a cell is often characterized by its karyotype, which is the collection of all the chromosomes that comprise the cell's genome. The genome of a cell may comprise one or more chromosomes.
Un "episoma" es un ácido nucleico replicante, un complejo de nucleoproteína u otra estructura que comprende un ácido nucleico que no es parte del cariotipo cromosómico de una célula. Los ejemplos de episomas incluyen plásmidos y ciertos genomas víricos. An "episome" is a replicating nucleic acid, nucleoprotein complex or other structure comprising a nucleic acid that is not part of the chromosomal karyotype of a cell. Examples of episomes include plasmids and certain viral genomes.
Un "sitio diana" o "secuencia diana" es una secuencia de ácido nucleico que define una parte de un ácido nucleico a la que se unirá una molécula de unión, siempre que existan condiciones suficientes para la unión. A "target site" or "target sequence" is a nucleic acid sequence that defines a part of a nucleic acid to which a binding molecule will bind, provided that sufficient conditions exist for binding.
Una molécula "exógena" es una molécula que normalmente no está presente en una célula, pero puede introducirse en una célula mediante uno o más métodos genéticos, bioquímicos u otros. La "presencia normal en la célula" se determina con respecto a la fase de desarrollo y las condiciones ambientales particulares de la célula. Por lo tanto, por ejemplo, una molécula que está presente solo durante el desarrollo embrionario del músculo es una molécula exógena con respecto a una célula muscular adulta. De forma similar, una molécula inducida por choque térmico es una molécula exógena con respecto a una célula no sometida a choque térmico. Una molécula exógena puede comprender, por ejemplo, una versión funcional de una molécula endógena que funciona mal o una versión que funciona mal de una molécula endógena que funciona normalmente. An "exogenous" molecule is a molecule that is not normally present in a cell, but can be introduced into a cell by one or more genetic, biochemical, or other methods. The "normal presence in the cell" is determined with respect to the developmental phase and the particular environmental conditions of the cell. Therefore, for example, a molecule that is present only during embryonic muscle development is an exogenous molecule with respect to an adult muscle cell. Similarly, a heat shock-induced molecule is an exogenous molecule with respect to a non-heat-shocked cell. An exogenous molecule may comprise, for example, a functional version of a malfunctioning endogenous molecule or a malfunctioning version of a normally functioning endogenous molecule.
Una molécula exógena puede ser, entre otras cosas, una molécula pequeña, tal como la que se genera mediante un proceso de química combinatoria, o una macromolécula tal como una proteína, ácido nucleico, hidrato de carbono, lípido, glucoproteína, lipoproteína, polisacárido, cualquier derivado modificado de las moléculas anteriores, o cualquier complejo que comprenda una o más de las moléculas anteriores. Los ácidos nucleicos incluyen ADN y ARN, pueden ser bicatenarios o monocatenarios; pueden ser lineales, ramificados o circulares; y pueden ser de cualquier longitud. Los ácidos nucleicos incluyen aquellos capaces de formar dúplex, así como los ácidos nucleicos formadores de tríplex. Véanse, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. N.° 5.176.996 y 5.422.251. Las proteínas incluyen, pero no se limitan a, proteínas de unión al ADN, factores de transcripción, factores de remodelación de la cromatina, proteínas de unión al ADN metilado, polimerasas, metilasas, desmetilasas, acetilasas, desacetilasas, quinasas, fosfatasas, integrasas, recombinasas, ligasas, topoisomerasas, girasas y helicasas. An exogenous molecule may be, among other things, a small molecule, such as that generated by a combinatorial chemistry process, or a macromolecule such as a protein, nucleic acid, carbohydrate, lipid, glycoprotein, lipoprotein, polysaccharide, any modified derivative of the above molecules, or any complex comprising one or more of the above molecules. Nucleic acids include DNA and RNA, they can be double-stranded or single-stranded; They can be linear, branched or circular; and can be of any length. Nucleic acids include those capable of forming duplexes, as well as triplex-forming nucleic acids. See, for example, US Patent Nos. 5,176,996 and 5,422,251. Proteins include, but are not limited to, DNA binding proteins, transcription factors, chromatin remodeling factors, methylated DNA binding proteins, polymerases, methylases, demethylases, acetylases, deacetylases, kinases, phosphatases, integrases, recombinases, ligases, topoisomerases, gyrases and helicases.
Una molécula exógena puede ser del mismo tipo de molécula que una molécula endógena, por ejemplo, una proteína o ácido nucleico exógenos. Por ejemplo, un ácido nucleico exógeno puede comprender un genoma vírico infectante, un plásmido o episoma introducido en una célula, o un cromosoma que está normalmente presente en la célula. Los expertos en la materia conocen los métodos para la introducción de moléculas exógenas en las células e incluyen, pero no se limitan a, transferencia mediada por lípidos (es decir, liposomas, incluyendo lípidos neutros y catiónicos), electroporación, inyección directa, fusión celular, bombardeo de partículas, coprecipitación con fosfato de calcio, transferencia mediada por dextrano DEAE y transferencia mediada por vectores víricos. Una molécula exógena también puede ser del mismo tipo de molécula que una molécula endógena pero derivada de una especie diferente de la que deriva la célula. Por ejemplo, una secuencia de ácido nucleico humana puede introducirse en una línea celular derivada originalmente de un ratón o hámster. An exogenous molecule may be the same type of molecule as an endogenous molecule, for example, an exogenous protein or nucleic acid. For example, an exogenous nucleic acid may comprise an infecting viral genome, a plasmid or episome introduced into a cell, or a chromosome that is normally present in the cell. Methods for introducing exogenous molecules into cells are known to those skilled in the art and include, but are not limited to, lipid-mediated transfer (i.e., liposomes, including neutral and cationic lipids), electroporation, direct injection, cell fusion. , particle bombardment, calcium phosphate coprecipitation, DEAE dextran-mediated transfer, and viral vector-mediated transfer. An exogenous molecule can also be the same type of molecule as an endogenous molecule but derived from a different species from which the cell is derived. For example, a human nucleic acid sequence can be introduced into a cell line originally derived from a mouse or hamster.
Por el contrario, una molécula "endógena" es una que normalmente está presente en una célula particular en una fase de desarrollo particular en condiciones ambientales particulares. Por ejemplo, un ácido nucleico endógeno puede comprender un cromosoma, el genoma de una mitocondria, un cloroplasto u otro orgánulo, o un ácido nucleico episómico natural. Las moléculas endógenas adicionales pueden incluir proteínas, por ejemplo, factores de transcripción y enzimas. In contrast, an "endogenous" molecule is one that is normally present in a particular cell at a particular developmental phase under particular environmental conditions. For example, an endogenous nucleic acid may comprise a chromosome, the genome of a mitochondria, a chloroplast or other organelle, or a naturally occurring episomal nucleic acid. Additional endogenous molecules may include proteins, for example, transcription factors and enzymes.
Una molécula de "fusión" es una molécula en donde dos o más moléculas de subunidad están enlazadas, preferentemente de forma covalente. Las moléculas de subunidad pueden ser del mismo tipo químico de molécula, o pueden ser diferentes tipos químicos de moléculas. Los ejemplos del primer tipo de molécula de fusión incluyen, pero no se limitan a, proteínas de fusión (por ejemplo, una fusión entre un dominio de unión al ADN de ZFP o TALE y uno o más dominios de activación) y ácidos nucleicos de fusión (por ejemplo, un ácido nucleico que codifica la proteína de fusión descrita más arriba,). Los ejemplos del segundo tipo de molécula de fusión incluyen, pero no se limitan a, una fusión entre un ácido nucleico formador de tríplex y un polipéptido, y una fusión entre un ligando de unión al surco menor y un ácido nucleico. A "fusion" molecule is a molecule where two or more subunit molecules are linked, preferably covalently. The subunit molecules may be the same chemical type of molecule, or they may be different chemical types of molecules. Examples of the first type of fusion molecule include, but are not limited to, fusion proteins (e.g., a fusion between a DNA binding domain of ZFP or TALE and one or more activation domains) and fusion nucleic acids. (for example, a nucleic acid encoding the fusion protein described above). Examples of the second type of fusion molecule include, but are not limited to, a fusion between a triplex-forming nucleic acid and a polypeptide, and a fusion between a minor groove binding ligand and a nucleic acid.
La expresión de una proteína de fusión en una célula puede resultar de la administración de la proteína de fusión a la célula o de la administración de un polinucleótido que codifica la proteína de fusión a una célula, en donde el polinucleótido se transcribe y el transcrito se traduce, para generar la proteína de fusión. El corte y empalme en trans, la escisión de polipéptidos y la ligación de polipéptidos también pueden estar implicados en la expresión de una proteína en una célula. Los métodos para la administración de polinucleótidos y polipéptidos a las células se presentan en otra parte de esta divulgación. Expression of a fusion protein in a cell may result from administration of the fusion protein to the cell or from administration of a polynucleotide encoding the fusion protein to a cell, wherein the polynucleotide is transcribed and the transcript is translates, to generate the fusion protein. Trans-splicing, polypeptide cleavage, and polypeptide ligation may also be involved in the expression of a protein in a cell. Methods for administering polynucleotides and polypeptides to cells are presented elsewhere in this disclosure.
Un "gen", para los fines de la presente divulgación, incluye una región de ADN que codifica un producto génico (véase más adelante,), así como todas las regiones de ADN que regulan la producción del producto génico, independientemente de que tales secuencias reguladoras sean o no adyacentes a las secuencias codificantes y/o transcritas. En consecuencia, un gen incluye, pero no se limita necesariamente a, secuencias promotoras, terminadores, secuencias reguladoras de la traducción tales como los sitios de unión al ribosoma y los sitios internos de entrada al ribosoma, potenciadores, silenciadores, aislantes, aisladores de la cromatina, orígenes de replicación, sitios de unión de matriz y regiones de control de locus. A "gene", for the purposes of the present disclosure, includes a region of DNA that encodes a gene product (see below), as well as all regions of DNA that regulate the production of the gene product, regardless of whether such sequences regulatory elements whether or not adjacent to the coding and/or transcribed sequences. Accordingly, a gene includes, but is not necessarily limited to, promoter sequences, terminators, translation regulatory sequences such as ribosome binding sites and internal ribosome entry sites, enhancers, silencers, insulators, chromatin, origins of replication, array binding sites and locus control regions.
"Expresión génica" se refiere a la conversión de la información, contenida en un gen, en un producto génico. Un producto génico puede ser el producto transcripcional directo de un gen (por ejemplo, ARNm, ARNt, ARNr, ARN antisentido, ribozima, ARN estructural o cualquier otro tipo de ARN) o una proteína producida por la traducción de un ARNm. Los productos génicos también incluyen ARN que se modifican, mediante procesos tales como la adición de una caperuza, la poliadenilación, la metilación y la edición, y proteínas modificadas mediante, por ejemplo, metilación, acetilación, fosforilación, ubiquitinación, ADP-ribosilación, miristilación y glucosilación. "Gene expression" refers to the conversion of the information, contained in a gene, into a gene product. A gene product can be the direct transcriptional product of a gene (for example, mRNA, tRNA, rRNA, antisense RNA, ribozyme, structural RNA, or any other type of RNA) or a protein produced by the translation of an mRNA. Gene products also include RNAs that are modified, by processes such as cap addition, polyadenylation, methylation and editing, and proteins modified by, for example, methylation, acetylation, phosphorylation, ubiquitination, ADP-ribosylation, myristylation. and glycosylation.
La "modulación" de la expresión génica se refiere a un cambio en la actividad de un gen. La modulación de la expresión puede incluir, pero no se limita a, activación génica y represión génica. La edición del genoma (por ejemplo, escisión, alteración, inactivación, mutación aleatoria) puede usarse para modular la expresión. La inactivación génica se refiere a cualquier reducción en la expresión génica en comparación con una célula que no incluye una ZFP o TALEN como se describe en el presente documento. Por lo tanto, la inactivación génica puede ser parcial o completa. "Modulation" of gene expression refers to a change in the activity of a gene. Modulation of expression may include, but is not limited to, gene activation and gene repression. Genome editing (e.g., excision, alteration, inactivation, random mutation) can be used to modulate expression. Gene knockout refers to any reduction in gene expression compared to a cell that does not include a ZFP or TALEN as described herein. Therefore, gene inactivation can be partial or complete.
Una "región de interés" es cualquier región de cromatina celular, tales como, por ejemplo, un gen o una secuencia no codificante dentro de o adyacente a un gen, en la cual es deseable unir una molécula exógena. La unión puede ser para fines de escisión dirigida del ADN y/o recombinación dirigida. Una región de interés puede estar presente en un cromosoma, un episoma, un genoma de orgánulos (por ejemplo, mitocondrial, de cloroplastos), o un genoma vírico infectante, por ejemplo. Una región de interés puede estar dentro de la región codificante de un gen, dentro de regiones no codificantes transcritas tales como, por ejemplo, secuencias líderes, secuencia de remolque o intrones, o dentro de regiones no transcritas, ya sea en dirección 5' o 3' de la región codificante. Una región de interés puede ser tan pequeña como un solo par de nucleótidos o tener hasta 2.000 pares de nucleótidos de longitud, o cualquier valor integral de pares de nucleótidos. A "region of interest" is any region of cellular chromatin, such as, for example, a gene or a non-coding sequence within or adjacent to a gene, to which it is desirable to bind an exogenous molecule. The joining may be for the purposes of directed DNA cleavage and/or directed recombination. A region of interest may be present on a chromosome, an episome, an organelle genome (e.g., mitochondrial, chloroplast), or an infecting viral genome, for example. A region of interest may be within the coding region of a gene, within transcribed non-coding regions such as, for example, leader sequences, trailer sequences or introns, or within non-transcribed regions, either in the 5' or 3' of the coding region. A region of interest can be as small as a single nucleotide pair or up to 2,000 nucleotide pairs in length, or any integral value of nucleotide pairs.
Las células "eucariotas" incluyen, pero no se limitan a, células fúngicas, (tales como levadura), células vegetales, células animales, células de mamífero y células humanas (por ejemplo, linfocitos T). "Eukaryotic" cells include, but are not limited to, fungal cells (such as yeast), plant cells, animal cells, mammalian cells, and human cells (e.g., T lymphocytes).
Los "tejidos secretores" son aquellos tejidos que secretan productos. Los ejemplos de tejidos secretores que se localizan en el tracto gastrointestinal incluyen las células que recubren el intestino, el páncreas y la vesícula biliar. Otros tejidos secretores incluyen el hígado, tejidos asociados al ojo y las membranas mucosas tales como glándulas salivales, glándulas mamarias, la glándula prostática, la glándula pituitaria y otros miembros del sistema endocrino. Adicionalmente, los tejidos secretores incluyen células individuales de un tipo de tejido que son capaces de secretar. "Secretory tissues" are those tissues that secrete products. Examples of secretory tissues located in the gastrointestinal tract include the cells that line the intestine, pancreas, and gallbladder. Other secretory tissues include the liver, eye-associated tissues, and mucous membranes such as salivary glands, mammary glands, prostate gland, pituitary gland, and other members of the endocrine system. Additionally, secretory tissues include individual cells of a tissue type that are capable of secreting.
Las expresiones "enlace operativo" y "unido operativamente" (o "unido de forma operativa") se usan indistintamente con referencia a una yuxtaposición de dos o más componentes (tales como elementos de secuencia), en las que los componentes están dispuestos de manera que ambos componentes funcionen normalmente y permite la posibilidad de que al menos uno de los componentes pueda mediar una función que se ejerce sobre al menos uno de los otros componentes. A modo de ilustración, una secuencia reguladora de la transcripción, tal como un promotor, está operativamente unida a una secuencia codificante si la secuencia reguladora de la transcripción controla el nivel de transcripción de la secuencia codificante en respuesta a la presencia o ausencia de uno o más factores reguladores de la transcripción. Una secuencia reguladora de la transcripción generalmente está unida operativamente enciscon una secuencia codificante, pero no necesita estar directamente adyacente a ella. Por ejemplo, un potenciador es una secuencia reguladora de la transcripción que está unida operativamente a una secuencia codificante, aunque no sean contiguas. The terms "operational link" and "operationally linked" (or "operationally linked") are used interchangeably with reference to a juxtaposition of two or more components (such as sequence elements), in which the components are arranged in a manner that both components function normally and allows the possibility that at least one of the components can mediate a function that is exerted on at least one of the other components. By way of illustration, a transcription regulatory sequence, such as a promoter, is operably linked to a coding sequence if the transcription regulatory sequence controls the level of transcription of the coding sequence in response to the presence or absence of one or more transcription regulatory factors. A transcription regulatory sequence is generally operably linked to a coding sequence, but need not be directly adjacent to it. For example, an enhancer is a transcription regulatory sequence that is operatively linked to a coding sequence, even though they are not contiguous.
Con respecto a los polipéptidos de fusión, la expresión "unido operativamente" puede referirse al hecho de que cada uno de los componentes realiza la misma función estando unido con el otro componente como lo haría si no estuviera tan unido. Por ejemplo, con respecto a un polipéptido de fusión en el que un dominio de unión al ADN de ZFP o TALE se fusiona con un dominio de activación, el dominio de unión al ADN de ZFP o TALE y el dominio de activación están en unión operativa si, en el péptido de fusión, la parte del dominio de unión al ADN de ZFP o TALE puede unirse al sitio diana y/o su sitio de unión, mientras que el dominio de activación es capaz de regular positivamente la expresión génica. Cuando un polipéptido de fusión en el que un dominio de unión al ADN de ZFP o TALE se fusiona con un dominio de escisión, el dominio de unión al ADN de ZFP o TALE y el dominio de escisión están en unión operativa si, en el péptido de fusión, la parte del dominio de unión al ADN de ZFP o TALE puede unirse al sitio diana y/o su sitio de unión, mientras que el dominio de escisión es capaz de escindir el ADN en las proximidades del sitio diana. With respect to fusion polypeptides, the term "operably linked" may refer to the fact that each of the components performs the same function when linked to the other component as it would if it were not so linked. For example, with respect to a fusion polypeptide in which a DNA binding domain of ZFP or TALE is fused to an activation domain, the DNA binding domain of ZFP or TALE and the activation domain are in operative union. whether, in the fusion peptide, the DNA binding domain part of ZFP or TALE can bind to the target site and/or its binding site, while the activation domain is able to positively regulate gene expression. When a fusion polypeptide in which a DNA binding domain of ZFP or TALE is fused to a cleavage domain, the DNA binding domain of ZFP or TALE and the cleavage domain are in operative union if, in the peptide fusion, the DNA binding domain part of ZFP or TALE can bind to the target site and/or its binding site, while the cleavage domain is capable of cleaving DNA in the vicinity of the target site.
Un "fragmento funcional" de una proteína, un polipéptido o un ácido nucleico es una proteína, un polipéptido o un ácido nucleico cuya secuencia no es idéntica a la de la proteína, el polipéptido o el ácido nucleico de longitud completa, aunque todavía mantiene la misma función que la proteína, el polipéptido o el ácido nucleico de longitud completa. Un fragmento funcional puede poseer más, menos, o el mismo número de restos que la molécula nativa correspondiente y/o puede mantener uno o más aminoácidos o sustituciones de nucleótidos. Los métodos para determinar la función de un ácido nucleico (por ejemplo, función codificante, capacidad para hibridar con otro ácido nucleico) son bien conocidos en la técnica. De forma similar, los métodos para determinar la función de las proteínas son bien conocidos. Por ejemplo, la función de unión al ADN de un polipéptido puede determinarse, por ejemplo, por unión al filtro, desplazamiento de movilidad electroforética o ensayos de inmunoprecipitación. La escisión del ADN puede ensayarse mediante electroforesis en gel. Véase Ausubelet al.,citado anteriormente. La capacidad de una proteína para interactuar con otra proteína puede determinarse, por ejemplo, mediante coinmunoprecipitación, ensayos de dos híbridos o complementación, tanto genéticos como bioquímicos. Véanse, por ejemplo, Fieldset al.(1989) Nature 340:245-246; la patente de EE.UU. N.° 5.585.245 y el documento PCT WO 98/44350. A "functional fragment" of a protein, polypeptide or nucleic acid is a protein, polypeptide or nucleic acid whose sequence is not identical to that of the full-length protein, polypeptide or nucleic acid, although it still maintains the same function as the full-length protein, polypeptide or nucleic acid. A functional fragment may possess more, fewer, or the same number of residues as the corresponding native molecule and/or may maintain one or more amino acid or nucleotide substitutions. Methods for determining the function of a nucleic acid (e.g., coding function, ability to hybridize with another nucleic acid) are well known in the art. Similarly, methods for determining protein function are well known. For example, the DNA binding function of a polypeptide can be determined, for example, by filter binding, electrophoretic mobility shift, or immunoprecipitation assays. DNA cleavage can be assayed by gel electrophoresis. See Ausubelet al., cited above. The ability of a protein to interact with another protein can be determined, for example, by coimmunoprecipitation, two-hybrid assays, or complementation, both genetic and biochemical. See, for example, Fieldset al. (1989) Nature 340:245-246; US Patent No. 5,585,245 and PCT document WO 98/44350.
Un "vector" es capaz de transferir secuencias génicas a células diana. Normalmente, "construcción de vector", "vector de expresión" y "vector de transferencia génica" significan cualquier construcción de ácido nucleico capaz de dirigir la expresión de un gen de interés y que puede transferir secuencias de genes a células diana. Por lo tanto, la expresión incluye vehículos de clonación y expresión, así como vectores de integración. A "vector" is capable of transferring gene sequences to target cells. Typically, "vector construct", "expression vector" and "gene transfer vector" mean any nucleic acid construct capable of directing the expression of a gene of interest and which can transfer gene sequences to target cells. Therefore, expression includes cloning and expression vehicles as well as integration vectors.
Un "gen indicador" o "secuencia indicadora" se refiere a cualquier secuencia que produzca un producto proteico que sea fácilmente medible, preferentemente aunque no necesariamente en un ensayo de rutina. Los genes indicadores adecuados incluyen, pero no se limitan a, secuencias que codifican proteínas que median la resistencia a los antibióticos (por ejemplo, resistencia a ampicilina, resistencia a neomicina, resistencia a G418, resistencia a puromicina), secuencias que codifican proteínas coloreadas o fluorescentes o luminiscentes (por ejemplo, proteína fluorescente verde, proteína fluorescente verde mejorada, proteína fluorescente roja, luciferasa) y proteínas que median el crecimiento celular mejorado y/o la amplificación génica (por ejemplo, dihidrofolato reductasa). Las etiquetas de epítopos incluyen, por ejemplo, una o más copias de FLAG, His, myc, Tap, HA o cualquier secuencia de aminoácidos detectable. Las "etiquetas de expresión" incluyen secuencias que codifican indicadores que pueden unirse operativamente a una secuencia genética deseada para controlar la expresión del gen de interés. A "reporter gene" or "reporter sequence" refers to any sequence that produces a protein product that is easily measurable, preferably but not necessarily in a routine assay. Suitable reporter genes include, but are not limited to, sequences encoding proteins that mediate antibiotic resistance (e.g., ampicillin resistance, neomycin resistance, G418 resistance, puromycin resistance), sequences encoding colored proteins or fluorescent or luminescent (e.g., green fluorescent protein, enhanced green fluorescent protein, red fluorescent protein, luciferase) and proteins that mediate enhanced cell growth and/or gene amplification (e.g., dihydrofolate reductase). Epitope tags include, for example, one or more copies of FLAG, His, myc, Tap, HA, or any detectable amino acid sequence. "Expression tags" include sequences that encode indicators that can be operatively linked to a desired genetic sequence to control the expression of the gene of interest.
NucleasasNucleases
En el presente documento se describen composiciones, particularmente nucleasas, que son útiles para dirigirse a un gen para la inserción de un transgén, por ejemplo, nucleasas específicas para albúmina. Como se expone en las reivindicaciones, la invención se refiere a nucleasas con dedos de cinc y a métodos que implican dichas nucleasas. También se describe en el presente documento, pero no se reivindica explícitamente, otras nucleasas que incluyen meganucleasas y TALEN. Disclosed herein are compositions, particularly nucleases, that are useful for targeting a gene for insertion of a transgene, for example, albumin-specific nucleases. As set forth in the claims, the invention relates to zinc finger nucleases and methods involving said nucleases. Also described herein, but not explicitly claimed, are other nucleases including meganucleases and TALENs.
A. Dominios de unión al ADN A. DNA binding domains
En el presente documento se describe una meganucleasa (endonucleasa de asentamiento). Las meganucleasas naturales reconocen sitios de escisión de 15-40 pares de bases y comúnmente se agrupan en cuatro familias: la familia LAGLIDADG, la familia GIY-YIG, la familia de caja His-Cys y la familia HNH. Las endonucleasas de asentamiento ilustrativas incluyen I-SceI, I-CeuI, PI-PspI, PI-Sce, I-SceIV, I-CsmI, I-PanI, I-SceII, I-PpoI, I-SceIII, I-CreI, I-7evI, I-7evII y I-7evIII. Sus secuencias de reconocimiento son conocidas. Véase también la patente de EE.UU. N.° 5.420.032; la patente de EE.UU. N.° 6.833.252; Belfortet al.(1997) Nucleic Acids Res. 25:3379-3388; Dujonet al.(1989) Gene 82:115-118; Perleret al.(1994) Nucleic Acids Res. 22, 1125-1127; Jasin (1996) Trends Genet. 12:224-228; Gimbleet al.(1996) J. Mol. Biol. 263:163-180; Argastet al.(1998) J. Mol. Biol. 280:345-353 y el catálogo de New England Biolabs. A meganuclease (settlement endonuclease) is described herein. Natural meganucleases recognize cleavage sites of 15-40 base pairs and are commonly grouped into four families: the LAGLIDADG family, the GIY-YIG family, the His-Cys box family, and the HNH family. Illustrative settling endonucleases include I-SceI, I-CeuI, PI-PspI, PI-Sce, I-SceIV, I-CsmI, I-PanI, I-SceII, I-PpoI, I-SceIII, I-CreI, I-7evI, I-7evII and I-7evIII. Their recognition sequences are known. See also US Patent No. 5,420,032; US Patent No. 6,833,252; Belfortet al.(1997) Nucleic Acids Res. 25:3379-3388; Dujonet al.(1989) Gene 82:115-118; Perleret al.(1994) Nucleic Acids Res. 22, 1125-1127; Jasin (1996) Trends Genet. 12:224-228; Gimbleet al.(1996) J. Mol. Biol. 263:163-180; Argastet al. (1998) J. Mol. Biol. 280:345-353 and the New England Biolabs catalog.
En el presente documento se describe una nucleasa que comprende una endonucleasa de asentamiento (meganucleasa) modificada por ingeniería genética (que no se produce de forma natural). Las secuencias de reconocimiento de endonucleasas y meganucleasas de asentamiento tales como I-SceI, I-CeuI, PI-PspI, PI-Sce, I-SceIV, I-CsmI, /-PanI, I-SceII, I-PpoI, I-SceIII, I-CreI, I-7evI, I-7evII y I-TevIII son conocidas. Véase también la patente de EE.UU. N.° 5.420.032; la patente de EE.UU. N.° 6.833.252; Belfortet al.(1997) Nucleic Acids Res. 25:3379-3388; Dujonet al.(1989) Gene 82:115-118; Perleret al.(1994) Nucleic Acids Res. 22, 1125-1127; Jasin (1996) Trends Genet. 12:224-228; Gimbleet al.(1996) J. Mol. Biol. 263:163-180; Argastet al.(1998) J. Mol. Biol. 280:345-353 y el catálogo de New England Biolabs. Además, la especificidad de unión al ADN de las endonucleasas y meganucleasas de asentamiento puede modificarse por ingeniería genética para unirse a sitios diana no naturales. Véase, por ejemplo, Chevalieret al.(2002) Molec. Cell 10:895-905; Epinatet al.(2003) Nucleic Acids Res. 31:2952-2962; Ashworthet al.(2006) Nature 441:656-659; Paqueset al.(2007) Current Gene Therapy 7:49-66; la Publicación de Patente de EE.UU. N.° 20070117128. Los dominios de unión al ADN de las endonucleasas y meganucleasas de asentamiento pueden alterarse en el contexto de la nucleasa en su conjunto (es decir,de tal manera que la nucleasa incluya el dominio de escisión afín) o puede fusionarse a un dominio de escisión heterólogo. Described herein is a nuclease comprising a genetically engineered (non-naturally occurring) settling endonuclease (meganuclease). Settlement endonuclease and meganuclease recognition sequences such as I-SceI, I-CeuI, PI-PspI, PI-Sce, I-SceIV, I-CsmI, /-PanI, I-SceII, I-PpoI, I- SceIII, I-CreI, I-7evI, I-7evII and I-TevIII are known. See also US Patent No. 5,420,032; US Patent No. 6,833,252; Belfortet al.(1997) Nucleic Acids Res. 25:3379-3388; Dujonet al.(1989) Gene 82:115-118; Perleret al.(1994) Nucleic Acids Res. 22, 1125-1127; Jasin (1996) Trends Genet. 12:224-228; Gimbleet al.(1996) J. Mol. Biol. 263:163-180; Argastet al. (1998) J. Mol. Biol. 280:345-353 and the New England Biolabs catalog. Furthermore, the DNA binding specificity of settling endonucleases and meganucleases can be engineered to bind to unnatural target sites. See, for example, Chevalieret al. (2002) Molec. Cell 10:895-905; Epinatet al.(2003) Nucleic Acids Res. 31:2952-2962; Ashworth et al.(2006) Nature 441:656-659; Paqueset al.(2007) Current Gene Therapy 7:49-66; US Patent Publication No. 20070117128. The DNA binding domains of settling endonucleases and meganucleases can be altered in the context of the nuclease as a whole (i.e., such that the nuclease includes the cognate cleavage domain) or can merge to a heterologous cleavage domain.
También se describe en el presente documento un dominio de unión a ADN que comprende un dominio de unión a ADN de TALE de origen natural o modificado por ingeniería genética (no de origen natural). Véase, por ejemplo, la publicación de patente de EE.UU. N.° 2011/0301073. Las bacterias patógenas de plantas del géneroXanthomonasson conocidas por provocar muchas enfermedades en plantas de cultivo importantes. La patogenicidad deXanthomonasdepende de un sistema conservado de secreción de tipo III (T3S) que inyecta más de 25 proteínas efectoras diferentes en la célula vegetal. Entre estas proteínas inyectadas se encuentran los efectores similares a los activadores de la transcripción (TALE) que imitan a los activadores transcripcionales vegetales y que manipulan el transcriptoma de la planta (véase Kay et al. (2007) Science 318:648-651). Estas proteínas contienen un dominio de unión al ADN y un dominio de activación de la transcripción. Uno de los TALE mejor caracterizados es AvrBs3 deXanthomonas campestgrispv.Vesicatoria(véase Bonas et al (1989) Mol Gen Genet 218: 127-136 y el documento WO2010079430). Los TALE contienen un dominio centralizado de repeticiones en tándem, conteniendo cada repetición aproximadamente 34 aminoácidos, los cuales son clave para la especificidad de unión al ADN de estas proteínas. Además, contienen una secuencia de localización nuclear y un dominio de activación de la transcripción ácido (para una revisión véase Schornack S, et al (2006) J Plant Physiol 163(3): 256-272). Además, en la bacteria fitopatógenaRalstonia solanacearumse han descubierto dos genes, designados brg11 y hpx17 que son homólogos con la familia AvrBs3 deXanthomonasen la cepa GMI1000 deR. solanacearumbiovar 1 y en la cepa RS1000 biovar 4 (Véase Heuer et al (2007) Appl and Envir Micro 73(13): 4379-4384). Estos genes son un 98,9 % idénticos en la secuencia de nucleótidos entre sí, pero difieren en una deleción de 1.575 pb en el dominio de repetición de hpx17. Sin embargo, ambos productos génicos tienen menos del 40 % de identidad de secuencia con las proteínas de la familia AvrBs3 deXanthomonas.Also described herein is a DNA binding domain comprising a naturally occurring or engineered (non-naturally occurring) TALE DNA binding domain. See, for example, US Patent Publication No. 2011/0301073. Plant pathogenic bacteria of the genus Xanthomonas are known to cause many diseases in important crop plants. The pathogenicity of Xanthomonas depends on a conserved type III secretion system (T3S) that injects more than 25 different effector proteins into the plant cell. Among these injected proteins are transcription activator-like effectors (TALE) that mimic plant transcriptional activators and manipulate the plant transcriptome (see Kay et al. (2007) Science 318:648-651). These proteins contain a DNA binding domain and a transcription activation domain. One of the best characterized TALE is AvrBs3 from Xanthomonas campestgrispv.Vesicatoria (see Bonas et al (1989) Mol Gen Genet 218: 127-136 and WO2010079430). TALEs contain a centralized domain of tandem repeats, each repeat containing approximately 34 amino acids, which are key to the DNA-binding specificity of these proteins. In addition, they contain a nuclear localization sequence and an acidic transcription activation domain (for a review see Schornack S, et al (2006) J Plant Physiol 163(3): 256-272). Furthermore, in the phytopathogenic bacterium Ralstonia solanacearum, two genes have been discovered, designated brg11 and hpx17, which are homologous with the AvrBs3 family of Xanthomonas in the GMI1000 deR strain. solanacearumbiovar 1 and in strain RS1000 biovar 4 (See Heuer et al (2007) Appl and Envir Micro 73(13): 4379-4384). These genes are 98.9% identical in nucleotide sequence to each other, but differ in a 1,575 bp deletion in the hpx17 repeat domain. However, both gene products have less than 40% sequence identity with Xanthomonas AvrBs3 family proteins.
En el presente documento se describe un dominio de unión a ADN que se une a un sitio diana en un locus diana (por ejemplo, albúmina o puerto seguro) y es un dominio modificado por ingeniería genética a partir de una TALE similar a los derivados de los patógenos vegetalesXanthomonas(véase Boch et al, (2009) Science 326: 1509-1512 y Moscou y Bogdanove, (2009) Science326: 1501) yRalstonia(véase Heuer et al (2007) Applied and Environmental Microbiology 73(13): 4379-4384); Publicación de Patente de EE.UU. N.° 2011/0301073 y Publicación de Patente de EE.UU. N.° 20110145940. Described herein is a DNA binding domain that binds to a target site at a target locus (e.g., albumin or safe harbor) and is a domain engineered from a TALE similar to those derived from the plant pathogens 4384); US Patent Publication No. 2011/0301073 and US Patent Publication No. 20110145940.
Como se expone en las reivindicaciones, el dominio de unión al ADN comprende una proteína con dedos de cinc que se une a un sitio diana en una albúmina. La proteína de dedo de cinc es una proteína de origen no natural en el sentido de que está modificada para unirse a un sitio diana de elección. Véase, por ejemplo, Véase, por ejemplo, Beerliet al.(2002) Nature Biotechnol. 20:135-141; Paboet al.(2001) Ann. Rev. Biochem. 70:313-340; Isalanet al.(2001) Nature Biotechnol. 19:656-660; Segalet al.(2001) Curr. Opin. Biotechnol. 12:632-637; Chooet al.(2000) Curr. Opin. Struct. Biol. 10:411-416; las Patentes de EE.UU. N.° 6.453.242; 6.534.261; 6.599.692; 6.503.717; 6.689.558; 7.030.215; 6.794.136; 7.067.317; 7.262.054; 7.070.934; 7.361.635; 7.253.273; y las Publicaciones de Patente de EE.UU. N.° 2005/0064474; 2007/0218528; 2005/0267061. As set forth in the claims, the DNA binding domain comprises a zinc finger protein that binds to a target site on an albumin. The zinc finger protein is a non-naturally occurring protein in the sense that it is modified to bind to a target site of choice. See, for example, See, for example, Beerliet al.(2002) Nature Biotechnol. 20:135-141; Paboet al.(2001) Ann. Rev. Biochem. 70:313-340; Isalanet al.(2001) Nature Biotechnol. 19:656-660; Segalet al.(2001) Curr. Opinion. Biotechnol. 12:632-637; Chooet al.(2000) Curr. Opinion. Struct. Biol. 10:411-416; US Patents No. 6,453,242; 6,534,261; 6,599,692; 6,503,717; 6,689,558; 7,030,215; 6,794,136; 7,067,317; 7,262,054; 7,070,934; 7,361,635; 7,253,273; and US Patent Publications No. 2005/0064474; 2007/0218528; 2005/0267061.
Un dominio de unión de dedo de cinc o TALE modificado por ingeniería genética puede tener una especificidad de unión novedosa, en comparación con una proteína de dedo de cinc de origen natural. Los métodos de modificación por ingeniería genética incluyen, pero no se limitan a, un diseño racional y diversos tipos de selección. El diseño racional incluye, por ejemplo, usar bases de datos que comprenden secuencias de nucleótidos de triplete (o cuadruplete) y secuencias de aminoácidos de dedo de cinc individuales, en las cuales cada secuencia de nucleótidos de triplete o cuadruplete se asocia con una o más secuencias de aminoácidos de dedos de cinc que se unen a la secuencia triplete o cuadruplete particular. Véanse, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. de copropiedad 6.453.242 y 6.534.261. An engineered zinc finger or TALE binding domain may have novel binding specificity, compared to a naturally occurring zinc finger protein. Genetic engineering methods include, but are not limited to, rational design and various types of selection. Rational design includes, for example, using databases comprising triplet (or quadruplet) nucleotide sequences and individual zinc finger amino acid sequences, in which each triplet or quadruplet nucleotide sequence is associated with one or more zinc finger amino acid sequences that bind to the particular triplet or quadruplet sequence. See, for example, co-owned US Patents 6,453,242 and 6,534,261.
Los métodos de selección ilustrativos, incluyendo la visualización en fagos y los sistemas de dos híbridos, se desvelan en las patentes de EE.UU. 5.789.538; 5.925.523; 6.007.988; 6.013.453; 6.410.248; 6.140.466; 6.200.759; y 6.242.568; así como en el documento WO 98/37186; el documento WO 98/53057; el documento WO 00/27878; el documento WO 01/88197 y el documento GB 2.338.237. Además, la mejora de la especificidad de unión para dominios de unión de dedos de cinc se ha descrito, por ejemplo, en el documento de copropiedad WO 02/077227. Illustrative selection methods, including phage display and two-hybrid systems, are disclosed in US Patents 5,789,538; 5,925,523; 6,007,988; 6,013,453; 6,410,248; 6,140,466; 6,200,759; and 6,242,568; as well as in document WO 98/37186; document WO 98/53057; document WO 00/27878; document WO 01/88197 and document GB 2,338,237. Furthermore, improvement of binding specificity for zinc finger binding domains has been described, for example, in co-proprietary document WO 02/077227.
Además, como se desvela en estas y otras referencias, los dominios de unión al ADN (por ejemplo, proteínas de dedo de cinc de múltiples dedos o dominios TALE) pueden enlazarse entre sí usando cualquier secuencia enlazadora adecuada, incluyendo, por ejemplo, enlazadores de 5 o más aminoácidos de longitud. Véanse, también, las Patentes de EE.UU. N.° 6.479.626; 6.903.185; y 7.153.949 para secuencias enlazadoras ilustrativas de 6 o más aminoácidos de longitud. Las proteínas de unión al ADN descritas en el presente documento pueden incluir cualquier combinación de enlazadores adecuados entre los dedos de cinc individuales de la proteína. Además, la mejora de la especificidad de unión para dominios de unión de dedos de cinc se ha descrito, por ejemplo, en el documento de copropiedad WO 02/077227. Furthermore, as disclosed in these and other references, DNA binding domains (e.g., multi-finger zinc finger proteins or TALE domains) can be linked to each other using any suitable linker sequence, including, for example, linkers. 5 or more amino acids in length. See also US Patent Nos. 6,479,626; 6,903,185; and 7,153,949 for illustrative linker sequences of 6 or more amino acids in length. The DNA binding proteins described herein may include any combination of suitable linkers between the individual zinc fingers of the protein. Furthermore, improvement of binding specificity for zinc finger binding domains has been described, for example, in co-proprietary document WO 02/077227.
La selección de sitios diana; los dominios de unión al ADN y los métodos para el diseño y la construcción de proteínas de fusión (y polinucleótidos que codifican las mismas) son conocidos por un experto en la materia y se describen en detalle en las Patentes de EE.UU. N.° 6.140.0815; 789.538; 6.453.242; 6.534.261; 5.925.523; 6.007.988; 6.013.453; 6.200.759; el documento WO 95/19431; el documento WO 96/06166; el documento WO 98/53057; el documento WO 98/54311; el documento WO 00/27878; el documento WO 01/60970; el documento WO 01/88197; el documento WO 02/099084; el documento WO 98/53058; el documento WO 98/53059; el documento WO 98/53060; el documento WO 02/016536 y el documento WO 03/016496 y la Publicación de EE.UU. N.° 20110301073. The selection of target sites; DNA binding domains and methods for the design and construction of fusion proteins (and polynucleotides encoding the same) are known to one skilled in the art and are described in detail in US Patents Nos. #6,140,0815; 789,538; 6,453,242; 6,534,261; 5,925,523; 6,007,988; 6,013,453; 6,200,759; document WO 95/19431; document WO 96/06166; document WO 98/53057; document WO 98/54311; document WO 00/27878; document WO 01/60970; document WO 01/88197; document WO 02/099084; document WO 98/53058; document WO 98/53059; document WO 98/53060; WO 02/016536 and WO 03/016496 and US Publication No. 20110301073.
Además, como se desvela en estas y otras referencias, los dominios de unión al ADN (por ejemplo, proteínas de dedo de cinc de múltiples dedos) pueden unirse entre sí usando cualquier secuencia enlazadora adecuada, incluyendo, por ejemplo, enlazadores de 5 o más aminoácidos de longitud. Véanse, también, las Patentes de EE.UU. N.° 6.479.626; 6.903.185; y 7.153.949 para secuencias enlazadoras ilustrativas de 6 o más aminoácidos de longitud. Las proteínas descritas en el presente documento pueden incluir cualquier combinación de enlazadores adecuados entre los dedos de cinc individuales de la proteína. Furthermore, as disclosed in these and other references, DNA binding domains (e.g., multi-finger zinc finger proteins) can be linked together using any suitable linker sequence, including, for example, linkers of 5 or more. amino acids in length. See also US Patent Nos. 6,479,626; 6,903,185; and 7,153,949 for illustrative linker sequences of 6 or more amino acids in length. The proteins described herein may include any combination of suitable linkers between the individual zinc fingers of the protein.
B. Dominios de escisión B. Cleavage domains
Cualquier dominio de escisión adecuado puede unirse operativamente a un dominio de unión al ADN para formar una nucleasa. Por ejemplo, los dominios de unión al ADN de ZFP se han fusionado con dominios de nucleasa para crear ZFN, una entidad funcional que es capaz de reconocer su diana de ácido nucleico prevista a través de su dominio de unión al ADN modificado por ingeniería genética (ZFP) y provocar que el ADN se corte cerca del sitio de unión de ZFP a través de la actividad nucleasa. Véase, por ejemplo, Kimet al.(1996) Proc Nat'l Acad Sci USA 93(3):1156-1160. Más recientemente, los ZFN se han usado para la modificación del genoma en una diversidad de organismos. Véase, por ejemplo, las Publicaciones de Patente de EE.UU. 20030232410; 20050208489; 20050026157; 20050064474; 20060188987; 20060063231; y la Publicación Internacional WO 07/014275. Igualmente, los dominios de unión al ADN de TALE se han fusionado con dominios de nucleasa para crear TALEN. Véase, por ejemplo, la Publicación de EE.UU. N.° 20110301073. Any suitable cleavage domain can be operably linked to a DNA binding domain to form a nuclease. For example, the DNA-binding domains of ZFP have been fused with nuclease domains to create ZFN, a functional entity that is capable of recognizing its intended nucleic acid target through its engineered DNA-binding domain ( ZFP) and cause DNA to be cleaved near the ZFP binding site through nuclease activity. See, for example, Kimet al.(1996) Proc Nat'l Acad Sci USA 93(3):1156-1160. More recently, ZFNs have been used for genome modification in a variety of organisms. See, for example, US Patent Publications 20030232410; 20050208489; 20050026157; 20050064474; 20060188987; 20060063231; and International Publication WO 07/014275. Likewise, the DNA binding domains of TALE have been fused with nuclease domains to create TALEN. See, for example, US Publication No. 20110301073.
Como se ha indicado anteriormente, el dominio de escisión puede ser heterólogo respecto al dominio de unión al ADN, por ejemplo, un dominio de unión al ADN de dedo de cinc y un dominio de escisión de una nucleasa o un dominio de unión al ADN de TALEN y un dominio de escisión, o un dominio de unión al ADN de meganucleasa y un dominio de escisión de una nucleasa diferente. Los dominios de escisión heterólogos pueden obtenerse de cualquier endonucleasa o exonucleasa. Los ejemplos de endonucleasas a partir de las cuales puede derivar un dominio de escisión incluyen, pero no se limitan a, endonucleasas de restricción y endonucleasas de asentamiento. Véase, por ejemplo, el Catálogo 2002-2003, New England Biolabs, Beverly, MA; y Belfortet al.(1997) Nucleic Acids Res. 25:3379-3388. Se conocen enzimas adicionales que escinden el ADN (por ejemplo, S1 Nucleasa; nucleasa de judía mungo; DNasa pancreática I; nucleasa microcócica; endonucleasa HO de levadura; véase también Linnet al.(eds.) Nucleases, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1993). Una o más de estas enzimas (o fragmentos funcionales de las mismas) pueden usarse como fuente de dominios de escisión y semidominios de escisión. As noted above, the cleavage domain may be heterologous to the DNA binding domain, for example, a zinc finger DNA binding domain and a nuclease cleavage domain or a zinc finger DNA binding domain. TALEN and a cleavage domain, or a meganuclease DNA binding domain and a cleavage domain from a different nuclease. Heterologous cleavage domains can be obtained from any endonuclease or exonuclease. Examples of endonucleases from which a cleavage domain may be derived include, but are not limited to, restriction endonucleases and settling endonucleases. See, for example, Catalog 2002-2003, New England Biolabs, Beverly, MA; and Belfortet al. (1997) Nucleic Acids Res. 25:3379-3388. Additional enzymes that cleave DNA are known (e.g., S1 Nuclease; mung bean nuclease; pancreatic DNase I; micrococcal nuclease; yeast HO endonuclease; see also Linnet al. (eds.) Nucleases, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1993 ). One or more of these enzymes (or functional fragments thereof) can be used as a source of cleavage domains and cleavage half-domains.
De forma similar, un semidominio de escisión puede derivar de cualquier nucleasa o parte de la misma, como se ha expuesto anteriormente, que requiera la dimerización para la actividad de escisión. En general, se requieren dos proteínas de fusión para la escisión si las proteínas de fusión comprenden semidominios de escisión. Como alternativa, puede usarse una única proteína que comprende dos semidominios de escisión. Los dos semidominios de escisión pueden derivar de la misma endonucleasa (o fragmentos funcionales de la misma), o cada semidominio de escisión puede derivar de una endonucleasa diferente (o fragmentos funcionales de la misma). Además, los sitios diana para las dos proteínas de fusión están dispuestos preferentemente, uno con respecto al otro, de tal manera que la unión de las dos proteínas de fusión a sus sitios diana respectivos coloca los semidominios de escisión en una orientación espacial entre sí que permite que los semidominios de escisión formen un dominio de escisión funcional, por ejemplo, mediante dimerización. Por lo tanto, en determinadas realizaciones, los bordes cercanos de los sitios diana están separados por 5-8 nucleótidos o por 15-18 nucleótidos. Sin embargo, cualquier número entero de nucleótidos o pares de nucleótidos puede intervenir entre dos sitios diana (por ejemplo, de 2 a 50 pares de nucleótidos o más). En general, el sitio de escisión se encuentra entre los sitios diana. Similarly, a cleavage half-domain may be derived from any nuclease or part thereof, as set forth above, that requires dimerization for cleavage activity. In general, two fusion proteins are required for cleavage if the fusion proteins comprise cleavage half-domains. Alternatively, a single protein comprising two cleavage half-domains can be used. The two cleavage half-domains may be derived from the same endonuclease (or functional fragments thereof), or each cleavage half-domain may be derived from a different endonuclease (or functional fragments thereof). Furthermore, the target sites for the two fusion proteins are preferably arranged, relative to each other, such that binding of the two fusion proteins to their respective target sites places the cleavage half-domains in a spatial orientation relative to each other that allows cleavage half-domains to form a functional cleavage domain, for example, by dimerization. Therefore, in certain embodiments, the near edges of the target sites are separated by 5-8 nucleotides or by 15-18 nucleotides. However, any integer number of nucleotides or nucleotide pairs can intervene between two target sites (e.g., 2 to 50 nucleotide pairs or more). In general, the cleavage site is located between the target sites.
Las endonucleasas de restricción (enzimas de restricción) están presentes en muchas especies y son capaces de unirse al ADN de secuencia específica (en un sitio de reconocimiento) y escindir el ADN en o cerca del sitio de unión. Determinadas enzimas de restricción (por ejemplo, Tipo IIS) escinden el ADN en sitios eliminados del sitio de reconocimiento y tienen dominios de unión y escisión separables. Por ejemplo, la enzima Tipo IISFokI cataliza la escisión bicatenaria del ADN, a 9 nucleótidos de su sitio de reconocimiento en una cadena y a 13 nucleótidos de su sitio de reconocimiento en la otra. Véanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. 5.356.802; 5.436.150 y 5.487.994; así como Liet al.(1992) Proc. Natl. Acad. Sci. EE.UU. 89:4275-4279; Liet al.(1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:2764-2768; Kimet al.(1994a) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:883-887; Kimet al.(1994b) J. Biol. Chem. 269:31978-31982. Por lo tanto, en una realización, las proteínas de fusión comprenden el dominio de escisión (o semidominio de escisión) de al menos una enzima de restricción de tipo IIS y uno o más dominios de unión con dedos de cinc, que pueden estar modificados por ingeniería genética o no. Restriction endonucleases (restriction enzymes) are present in many species and are capable of binding sequence-specific DNA (at a recognition site) and cleaving DNA at or near the binding site. Certain restriction enzymes (e.g., Type IIS) cleave DNA at sites removed from the recognition site and have separable binding and cleavage domains. For example, the Type IISFokI enzyme catalyzes the double-stranded cleavage of DNA, 9 nucleotides from its recognition site on one strand and 13 nucleotides from its recognition site on the other. See, for example, US Patents 5,356,802; 5,436,150 and 5,487,994; as well as Liet al.(1992) Proc. Natl. Academic Sci USA 89:4275-4279; Liet al.(1993) Proc. Natl. Academic Sci USA 90:2764-2768; Kimet al.(1994a) Proc. Natl. Academic Sci USA 91:883-887; Kimet al.(1994b) J. Biol. Chem. 269:31978-31982. Therefore, in one embodiment, the fusion proteins comprise the cleavage domain (or cleavage half domain) of at least one type IIS restriction enzyme and one or more zinc finger binding domains, which may be modified by genetic engineering or not.
Un ejemplo de enzima de restricción de Tipo IIS, cuyo dominio de escisión es separable del dominio de unión, esFokI. Esta enzima particular está activa como un dímero. Bitinaiteet al.(1998) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 10.570 10.575. En consecuencia, para los fines de la presente divulgación, la parte de la enzimaFokI usada en las proteínas de fusión descritas se considera un semidominio de escisión. Por lo tanto, para la escisión bicatenaria dirigida y/o el reemplazo dirigido de secuencias celulares usando fusiones de dedo de cinc-Fok I, dos proteínas de fusión, comprendiendo cada una un semidominio de escisión de FokI, pueden usarse para reconstituir catalíticamente un dominio de escisión catalíticamente activo. Como alternativa, también puede usarse una única molécula polipeptídica que contiene un dominio de unión de dedo de cinc y dos semidominios de escisión deFokI. An example of a Type IIS restriction enzyme, whose cleavage domain is separable from the binding domain, is FokI. This particular enzyme is active as a dimer. Bitinaite et al.(1998) Proc. Natl. Academic Sci. USA 95: 10,570 10,575. Accordingly, for the purposes of the present disclosure, the part of the FokI enzyme used in the described fusion proteins is considered a cleavage half-domain. Therefore, for targeted double-strand cleavage and/or targeted replacement of cellular sequences using zinc finger-Fok I fusions, two fusion proteins, each comprising a FokI cleavage half-domain, can be used to catalytically reconstitute a domain. catalytically active cleavage. Alternatively, a single polypeptide molecule containing a zinc finger binding domain and two FokI cleavage half-domains can also be used.
Un dominio de escisión o semidominio de escisión puede ser cualquier parte de una proteína que retiene la actividad de escisión o que retiene la capacidad de multimerizarse (por ejemplo, dimerizarse) para formar un dominio de escisión funcional. A cleavage domain or cleavage half-domain can be any part of a protein that retains cleavage activity or that retains the ability to multimerize (e.g., dimerize) to form a functional cleavage domain.
Las enzimas de restricción de Tipo IIS ilustrativas se describen en la Publicación Internacional WO 07/014275. Las enzimas de restricción adicionales también contienen dominios de unión y de escisión separables, y estos se contemplan en la presente divulgación. Véase, por ejemplo, Robertset al.(2003) Nucleic Acids Res. 31:418-420. Illustrative Type IIS restriction enzymes are described in International Publication WO 07/014275. Additional restriction enzymes also contain separable binding and cleavage domains, and these are contemplated in the present disclosure. See, for example, Robertset al. (2003) Nucleic Acids Res. 31:418-420.
En determinadas realizaciones, el dominio de escisión comprende uno o más semidominios de escisión modificados por ingeniería genética (también denominados mutantes del dominio de dimerización) que minimizan o impiden la homodimerización, como se describe, por ejemplo, en las Publicaciones de Patente de EE.UU. N.° 20050064474; 20060188987; 20080131962 y 20110201055. Los restos de aminoácidos en las posiciones 446, 447, 479, 483, 484, 486, 487, 490, 491, 496, 498, 499, 500, 531, 534, 537 y 538 deFokI son todos dianas para la influencia en la dimerización de los semidominios de escisión deFokI. In certain embodiments, the cleavage domain comprises one or more engineered cleavage half-domains (also called dimerization domain mutants) that minimize or prevent homodimerization, as described, for example, in US Patent Publications. US No. 20050064474; 20060188987; 20080131962 and 20110201055. The amino acid residues at positions 446, 447, 479, 483, 484, 486, 487, 490, 491, 496, 498, 499, 500, 531, 534, 537, and 538 are all targets for influence on the dimerization of the FokI cleavage half-domains.
Los semidominios de escisión modificados deFokI ilustrativos que forman heterodímeros obligados incluyen un par en el cual un primer semidominio de escisión incluye mutaciones en los restos de aminoácidos en las posiciones 490 y 538 deFokI y un segundo semidominio de escisión incluye mutaciones en los restos de aminoácidos 486 y 499. Illustrative modified FokI cleavage half-domains that form obligate heterodimers include a pair in which a first cleavage half-domain includes mutations at amino acid residues at positions 490 and 538 of FokI and a second cleavage half-domain includes mutations at amino acid residues 486 and 499.
Por lo tanto, en una realización, una mutación en 490 reemplaza Glu (E) con Lys (K); la mutación en 538 reemplaza a Iso (I) con Lys (K); la mutación en 486 reemplaza Gln (Q) con Glu (E); y la mutación en la posición 499 reemplaza Iso (I) con Lys (K). Específicamente, los semidominios de escisión modificados por ingeniería genética descritos en el presente documento se prepararon mutando las posiciones 490 (E ^K ) y 538 (I^K ) en un semidominio de escisión para producir un semidominio de escisión modificado designado "E490K:I538K" y mutando las posiciones 486 (Q ^E ) y 499 (I^-L) en otro semidominio de escisión para producir un semidominio de escisión modificado designado "Q486E:I499<l>". Los semidominios de escisión modificados por ingeniería genética descritos en el presente documento son mutantes heterodímeros obligados en los que la escisión aberrante se minimiza o se elimina. Véase, por ejemplo, la publicación de patente de EE.UU. N.° 2008/0131962. Therefore, in one embodiment, a mutation at 490 replaces Glu (E) with Lys (K); the mutation at 538 replaces Iso (I) with Lys (K); the mutation at 486 replaces Gln (Q) with Glu (E); and the mutation at position 499 replaces Iso (I) with Lys (K). Specifically, the engineered cleavage half-domains described herein were prepared by mutating positions 490 (E^K) and 538 (I^K) in a cleavage half-domain to produce a modified cleavage half-domain designated "E490K:I538K." " and mutating positions 486 (Q ^E ) and 499 (I^-L) into another cleavage half-domain to produce a modified cleavage half-domain designated "Q486E:I499<l>". The engineered cleavage half-domains described herein are obligate heterodimeric mutants in which aberrant cleavage is minimized or eliminated. See, for example, US Patent Publication No. 2008/0131962.
En determinadas realizaciones, el semidominio de escisión modificado comprende mutaciones en las posiciones 486, 499 y 496 (numeradas con respecto a Fokl de tipo silvestre), por ejemplo, las mutaciones que reemplazan el resto Gln (Q) de tipo silvestre en la posición 486 con un resto Glu (E), el resto Iso (I) de tipo silvestre en la posición 499 con un resto Leu (L) y el resto Asn (N) de tipo silvestre en la posición 496 con un resto Asp (D) o Glu (E) ( también denominado dominios "ELD" y "ELE", respectivamente). En otras realizaciones, el semidominio de escisión modificado comprende mutaciones en las posiciones 490, 538 y 537 (numeradas con respecto a Fokl de tipo silvestre), por ejemplo las mutaciones que reemplazan el resto Glu (E) de tipo silvestre en la posición 490 con un resto Lys (K), el resto Iso (I) de tipo silvestre en la posición 538 con un resto Lys (K) y el resto His (H) de tipo silvestre en la posición 537 con un resto Lys (K) o un resto Arg (R) (también denominados dominios "KKK" y "KKR", respectivamente). En otras realizaciones, el semidominio de escisión modificado comprende mutaciones en las posiciones 490 y 537 (numeradas con respecto a Fokl de tipo silvestre), por ejemplo, mutaciones que reemplazan el resto Glu (E) de tipo silvestre en la posición 490 con un resto Lys (K) y el resto His (H) de tipo silvestre en la posición 537 con un resto Lys (K) o un resto Arg (R) (también denominados dominios "KIK" y "KIR", respectivamente). (Véase la Publicación de Patente de EE.UU. N.° 20110201055). Los semidominios de escisión modificados descritos en el presente documento pueden prepararse usando cualquier método adecuado, por ejemplo, mediante mutagénesis dirigida al sitio de semidominios de escisión de tipo silvestre(FokI) como se describe en las Publicaciones de Patente de EE.UU. N.° 20050064474; 20080131962 y 20110201055. In certain embodiments, the modified cleavage half domain comprises mutations at positions 486, 499, and 496 (numbered relative to wild-type Fokl), for example, mutations that replace the wild-type Gln(Q) residue at position 486. with a Glu (E) residue, the wild-type Iso (I) residue at position 499 with a Leu (L) residue and the wild-type Asn (N) residue at position 496 with an Asp (D) residue or Glu (E) (also called "ELD" and "ELE" domains, respectively). In other embodiments, the modified cleavage half domain comprises mutations at positions 490, 538 and 537 (numbered relative to wild-type Fokl), for example mutations that replace the wild-type Glu (E) residue at position 490 with a Lys (K) residue, the wild-type Iso (I) residue at position 538 with a Lys (K) residue and the wild-type His (H) residue at position 537 with a Lys (K) residue or a Arg(R) residue (also called "KKK" and "KKR" domains, respectively). In other embodiments, the modified cleavage half domain comprises mutations at positions 490 and 537 (numbered relative to wild-type Fokl), for example, mutations that replace the wild-type Glu (E) residue at position 490 with a residue Lys (K) and the wild-type His (H) residue at position 537 with a Lys (K) residue or an Arg (R) residue (also called "KIK" and "KIR" domains, respectively). (See US Patent Publication No. 20110201055). The modified cleavage half-domains described herein can be prepared using any suitable method, for example, by site-directed mutagenesis of wild-type cleavage half-domains (FokI) as described in US Patent Publications No. ° 20050064474; 20080131962 and 20110201055.
Como alternativa, pueden ensamblarse nucleasasin vivoen el sitio diana del ácido nucleico usando la tecnología denominada "enzima dividida" (véase, por ejemplo, la Publicación de Patente de EE.UU. N.° 20090068164). Los componentes de tales enzimas divididas pueden expresarse en construcciones de expresión separadas o pueden enlazarse en un marco de lectura abierto donde los componentes individuales están separados, por ejemplo, mediante un péptido 2A auto-escindible o una secuencia IRES. Los componentes pueden ser dominios de unión de dedos de cinc individuales o dominios de un dominio de unión de ácido nucleico de meganucleasa. Alternatively, live nucleases can be assembled at the target site of the nucleic acid using so-called "split enzyme" technology (see, for example, US Patent Publication No. 20090068164). The components of such cleaved enzymes can be expressed in separate expression constructs or can be linked in an open reading frame where the individual components are separated, for example, by a self-cleavable 2A peptide or an IRES sequence. The components may be individual zinc finger binding domains or domains of a meganuclease nucleic acid binding domain.
Las nucleasas pueden seleccionarse para detectar actividad antes de su uso, por ejemplo, en un sistema cromosómico basado en levadura como se describe en los documentos WO 2009/042163 y 20090068164. Las construcciones de expresión de nucleasas pueden diseñarse fácilmente usando métodos conocidos en la técnica. Véanse, por ejemplo, las Publicaciones de Patente de EE.UU. 20030232410; 20050208489; 20050026157; 20050064474; 20060188987; 20060063231; y la Publicación Internacional WO 07/014275. La expresión de la nucleasa puede estar bajo el control de un promotor constitutivo o de un promotor inducible, por ejemplo, el promotor de la galactoquinasa que se activa (se desreprime) en presencia de rafinosa y/o galactosa y se reprime en presencia de glucosa. Nucleases can be screened for activity before use, for example, in a yeast-based chromosome system as described in WO 2009/042163 and 20090068164. Nuclease expression constructs can be easily designed using methods known in the art. . See, for example, US Patent Publications 20030232410; 20050208489; 20050026157; 20050064474; 20060188987; 20060063231; and International Publication WO 07/014275. Expression of the nuclease may be under the control of a constitutive promoter or an inducible promoter, for example, the galactokinase promoter which is activated (derepressed) in the presence of raffinose and/or galactose and repressed in the presence of glucose. .
Sitios dianaTarget sites
Como se ha descrito en detalle anteriormente, los dominios de ADN pueden modificarse por ingeniería genética para unirse a cualquier secuencia de elección en un locus, por ejemplo, una albúmina o un gen de puerto seguro. Un dominio de unión al ADN modificado por ingeniería genética puede tener una especificidad de unión novedosa, en comparación con un dominio de unión al ADN de origen natural. Los métodos de modificación por ingeniería genética incluyen, pero no se limitan a, un diseño racional y diversos tipos de selección. El diseño racional incluye, por ejemplo, usar bases de datos que comprenden secuencias de nucleótidos de triplete (o cuadruplete) y secuencias de aminoácidos (por ejemplo, de dedo de cinc) individuales, en las cuales cada secuencia de nucleótidos de triplete o cuadruplete se asocia con una o más secuencias de aminoácidos de dominio de unión al ADN que se unen a la secuencia triplete o cuadruplete particular. Véase, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. de copropiedad 6.453.242 y 6.534.261. También puede realizarse el diseño racional de dominios efectores TAL. Véase, por ejemplo, la Publicación de Patente de EE.UU. N.° 20110301073. As described in detail above, DNA domains can be engineered to bind to any sequence of choice at a locus, for example, an albumin or a safe harbor gene. An engineered DNA binding domain may have novel binding specificity, compared to a naturally occurring DNA binding domain. Genetic engineering methods include, but are not limited to, rational design and various types of selection. Rational design includes, for example, using databases comprising individual triplet (or quadruplet) nucleotide sequences and amino acid (e.g., zinc finger) sequences, in which each triplet or quadruplet nucleotide sequence is associates with one or more DNA binding domain amino acid sequences that bind to the particular triplet or quadruplet sequence. See, for example, co-owned US Patents 6,453,242 and 6,534,261. Rational design of TAL effector domains can also be performed. See, for example, US Patent Publication No. 20110301073.
Los métodos de selección ilustrativos aplicables a los dominios de unión al ADN, incluyendo la visualización en fagos y los sistemas de dos híbridos, se desvelan en las patentes de EE.UU. 5.789.538; 5.925.523; 6.007.988; 6.013.453; 6.410.248; 6.140.466; 6.200.759; y 6.242.568; así como en el documento WO 98/37186; el documento WO 98/53057; el documento WO 00/27878; el documento WO 01/88197 y el documento GB 2.338.237. Illustrative selection methods applicable to DNA binding domains, including phage display and two-hybrid systems, are disclosed in US Patents 5,789,538; 5,925,523; 6,007,988; 6,013,453; 6,410,248; 6,140,466; 6,200,759; and 6,242,568; as well as in document WO 98/37186; document WO 98/53057; document WO 00/27878; document WO 01/88197 and document GB 2,338,237.
La selección de sitios diana; las nucleasas y los métodos para el diseño y la construcción de proteínas de fusión (y polinucleótidos que codifican las mismas) son conocidos por un experto en la materia y se describen en detalle en las Publicaciones de Solicitud de Patente N.° 20050064474 y 20060188987. The selection of target sites; Nucleases and methods for the design and construction of fusion proteins (and polynucleotides encoding the same) are known to one skilled in the art and are described in detail in Patent Application Publications Nos. 20050064474 and 20060188987.
Además, como se desvela en estas y otras referencias, los dominios de unión al ADN (por ejemplo, proteínas de dedo de cinc de múltiples dedos) pueden unirse entre sí usando cualquier secuencia enlazadora adecuada, incluyendo, por ejemplo, enlazadores de 5 o más aminoácidos. Véase, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. N.° 6.479.626; 6.903.185; y 7.153.949 para secuencias enlazadoras ilustrativas de 6 o más aminoácidos de longitud. Las proteínas descritas en el presente documento pueden incluir cualquier combinación de enlazadores adecuados entre los dominios de unión al ADN individuales de la proteína. Véase,también,la Publicación de EE.UU. N.° 20110301073. Furthermore, as disclosed in these and other references, DNA binding domains (e.g., multi-finger zinc finger proteins) can be linked together using any suitable linker sequence, including, for example, linkers of 5 or more. amino acids. See, for example, US Patent Nos. 6,479,626; 6,903,185; and 7,153,949 for illustrative linker sequences of 6 or more amino acids in length. The proteins described herein may include any combination of suitable linkers between the individual DNA binding domains of the protein. See also US Publication No. 20110301073.
DonantesDonors
Como se ha indicado anteriormente, la inserción de una secuencia exógena (también denominada "secuencia donante" o "donante"), por ejemplo, para la corrección de un gen mutante o para el aumento de la expresión de un gen de tipo silvestre. Será fácilmente evidente que la secuencia donante normalmente no es idéntica a la secuencia genómica donde se coloca. Una secuencia donante puede contener una secuencia no homóloga flanqueada por dos regiones de homología para permitir una HDR eficiente en la ubicación de interés. Adicionalmente, las secuencias donantes pueden comprender una molécula vector que contiene secuencias que no son homólogas a la región de interés en la cromatina celular. Una molécula donante puede contener varias regiones discontinuas de homología con la cromatina celular. Por ejemplo, para la inserción dirigida de secuencias que normalmente no están presentes en una región de interés, dichas secuencias pueden estar presentes en una molécula de ácido nucleico donante y flanqueadas por regiones de homología con la secuencia en la región de interés. As indicated above, the insertion of an exogenous sequence (also called "donor sequence" or "donor"), for example, for the correction of a mutant gene or for the increase of the expression of a wild-type gene. It will be readily apparent that the donor sequence is typically not identical to the genomic sequence into which it is placed. A donor sequence may contain a non-homologous sequence flanked by two regions of homology to allow efficient HDR at the location of interest. Additionally, the donor sequences may comprise a vector molecule that contains sequences that are not homologous to the region of interest in cellular chromatin. A donor molecule may contain several discontinuous regions of homology with cellular chromatin. For example, for targeted insertion of sequences that are not normally present in a region of interest, such sequences may be present in a donor nucleic acid molecule and flanked by regions of homology to the sequence in the region of interest.
El polinucleótido donante puede ser ADN o ARN, monocatenario o bicatenario y puede introducirse en una célula en<forma lineal o circular. Véase, por ejemplo, las Publicaciones de Patente de>EE.U<u>.<N.° 20100047805 y 20110207221.>Si se introduce en forma lineal, los extremos de la secuencia donante pueden protegerse (por ejemplo, de la degradación exonucleolítica) por métodos conocidos por los expertos en la materia. Por ejemplo, se añaden uno o más restos de didesoxinucleótidos al extremo 3' de una molécula lineal y/o los oligonucleótidos autocomplementarios se ligan en uno o ambos extremos. Véase, por ejemplo, Changet al.(1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84:4959-4963; Nehlset al.(1996) Science 272:886-889. Los métodos adicionales para proteger polinucleótidos exógenos de la degradación incluyen, pero no se limitan a, la adición de grupo o grupos amino terminales y el uso de enlaces internucleotídicos modificados tales como, por ejemplo, fosforotioatos, fosforamidatos y restos de O-metil ribosa o desoxirribosa. The donor polynucleotide can be DNA or RNA, single-stranded or double-stranded, and can be introduced into a cell in a linear or circular form. See, for example, US Patent Publications. <No. 20100047805 and 20110207221. ) by methods known to those skilled in the art. For example, one or more dideoxynucleotide residues are added to the 3' end of a linear molecule and/or self-complementary oligonucleotides are ligated at one or both ends. See, for example, Changet al. (1987) Proc. Natl. Academic Sci USA 84:4959-4963; Nehlset al.(1996) Science 272:886-889. Additional methods of protecting exogenous polynucleotides from degradation include, but are not limited to, the addition of terminal amino group(s) and the use of modified internucleotide linkages such as, for example, phosphorothioates, phosphoramidates, and O-methyl ribose residues. deoxyribose.
Un polinucleótido puede introducirse en una célula como parte de una molécula vector que tiene secuencias adicionales tales como, por ejemplo, orígenes de replicación, promotores y genes que codifican la resistencia a antibióticos. Por otro lado, los polinucleótidos donantes pueden introducirse como ácido nucleico desnudo, como ácido nucleico complejado con un agente tal como un liposoma o un poloxámero o pueden suministrarse por virus (por<ejemplo, adenovirus, AAV, herpesvirus, retrovirus, lentivirus y lentivirus defectuosos en la integrasa>(IDL<v>)). A polynucleotide can be introduced into a cell as part of a vector molecule that has additional sequences such as, for example, origins of replication, promoters and genes that encode antibiotic resistance. On the other hand, the donor polynucleotides can be introduced as naked nucleic acid, as nucleic acid complexed with an agent such as a liposome or a poloxamer or can be delivered by viruses (for example, adenovirus, AAV, herpesviruses, retroviruses, lentiviruses and defective lentiviruses). in integrase>(IDL<v>)).
El donante generalmente se inserta de tal manera que su expresión esté impulsada por el promotor endógeno en el sitio de integración, a saber, el promotor que impulsa la expresión del gen de la albúmina. Sin embargo, será evidente que el donante puede comprender un promotor y/o potenciador, por ejemplo, un promotor constitutivo o un promotor inducible o específico de tejido. The donor is usually inserted such that its expression is driven by the endogenous promoter at the integration site, namely the promoter that drives expression of the albumin gene. However, it will be apparent that the donor may comprise a promoter and/or enhancer, for example, a constitutive promoter or an inducible or tissue-specific promoter.
La molécula donante puede insertarse en un gen endógeno de tal manera todo, parte o nada del gen endógeno se exprese. Por ejemplo, puede insertarse un transgén como se describe en el presente documento en un locus de albúmina de tal manera que algunas o ninguna de las secuencias de albúmina endógena se expresen, por ejemplo, como una fusión con el transgén. Véase, por ejemplo, las publicaciones de patente de EE.UU. 20080299580; 20080159996 y 201000218264. The donor molecule can be inserted into an endogenous gene such that all, part or none of the endogenous gene is expressed. For example, a transgene as described herein may be inserted into an albumin locus such that some or none of the endogenous albumin sequences are expressed, for example, as a fusion with the transgene. See, for example, US patent publications 20080299580; 20080159996 and 201000218264.
Cuando las secuencias de la albúmina (endógenas o parte del transgén) se expresan con el transgén, las secuencias de la albúmina pueden ser secuencias de longitud completa (tipo silvestre o mutante) o secuencias parciales. Preferentemente las secuencias de la albúmina son funcionales. Los ejemplos no limitantes de la función de estas secuencias de la albúmina de longitud completa o parciales incluyen aumentar la semivida en suero del polipéptido expresado por el transgén (por ejemplo, gen terapéutico) y/o actuar como un vehículo. When albumin sequences (endogenous or part of the transgene) are expressed with the transgene, the albumin sequences can be full-length sequences (wild type or mutant) or partial sequences. Preferably the albumin sequences are functional. Non-limiting examples of the function of these full-length or partial albumin sequences include increasing the serum half-life of the polypeptide expressed by the transgene (e.g., therapeutic gene) and/or acting as a carrier.
Adicionalmente, aunque no requerido para la expresión, las secuencias exógenas también pueden incluir secuencias reguladoras de la transcripción o de la traducción, por ejemplo, promotores, potenciadores, aislantes, sitios internos de entrada al ribosoma, secuencias que codifican péptidos 2A y/o señales de poliadenilación. Additionally, although not required for expression, exogenous sequences may also include transcription or translation regulatory sequences, for example, promoters, enhancers, insulators, internal ribosome entry sites, sequences encoding 2A peptides and/or signals. of polyadenylation.
SuministroSupply
Las nucleasas, los polinucleótidos que codifican estas nucleasas, los polinucleótidos donantes y las composiciones que comprenden las proteínas y/o los polinucleótidos descritos en el presente documento pueden suministrarsein vivooex vivopor cualquier medio adecuado. The nucleases, the polynucleotides encoding these nucleases, the donor polynucleotides and the compositions comprising the proteins and/or polynucleotides described herein can be delivered in vivo or ex vivo by any suitable means.
Los métodos para suministrar nucleasas como se describe en el presente documento se describen, por ejemplo, en las Patentes de EE.UU. N.° 6.453.242; 6.503.717; 6.534.261; 6.599.692; 6.607.882; 6.689.558; 6.824.978; 6.933.113; 6.979.539; 7.013.219; y 7.163.824. Methods for delivering nucleases as described herein are described, for example, in US Patent Nos. 6,453,242; 6,503,717; 6,534,261; 6,599,692; 6,607,882; 6,689,558; 6,824,978; 6,933,113; 6,979,539; 7,013,219; and 7,163,824.
Las construcciones de nucleasas y/o donantes como se describen en el presente documento también pueden suministrarse usando vectores que contienen secuencias que codifican una o más de la proteína o proteínas de dedo de cinc o TALEN. Puede usarse cualquier sistema de vectores incluyendo, pero no limitado a, vectores plasmídicos, vectores retrovíricos, vectores lentivíricos, vectores de adenovirus, vectores de poxvirus; vectores de herpesvirus y vectores de virus adenoasociados, etc. Véase,también,las Patentes de EE.UU. N.° 6.534.261; 6.607.882; 6.824.978; 6.933.113; 6.979.539; 7.013.219; y 7.163.824. Adicionalmente, será evidente que cualquiera de estos vectores puede comprender una o más de las secuencias necesarias para el tratamiento. Por lo tanto, cuando una o más nucleasas y una construcción donante se introducen en la célula, las nucleasas y/o el polinucleótido donante pueden transportarse en el mismo vector o en diferentes vectores. Cuando se usan múltiples vectores, cada vector puede comprender una secuencia que codifica una o múltiples nucleasas y/o construcciones donantes. Nuclease and/or donor constructs as described herein can also be delivered using vectors containing sequences encoding one or more of the zinc finger or TALEN protein(s). Any vector system can be used including, but not limited to, plasmid vectors, retroviral vectors, lentiviral vectors, adenovirus vectors, poxvirus vectors; herpesvirus vectors and adeno-associated virus vectors, etc. See also US Patent Nos. 6,534,261; 6,607,882; 6,824,978; 6,933,113; 6,979,539; 7,013,219; and 7,163,824. Additionally, it will be evident that any of these vectors may comprise one or more of the sequences necessary for the treatment. Therefore, when one or more nucleases and a donor construct are introduced into the cell, the nucleases and/or the donor polynucleotide can be carried on the same vector or on different vectors. When multiple vectors are used, each vector may comprise a sequence encoding one or multiple nucleases and/or donor constructs.
Pueden usarse métodos convencionales de transferencia génica víricos y no víricos para introducir ácidos nucleicos que codifican nucleasas y construcciones donantes en células (por ejemplo, células de mamífero) y tejidos diana. Los sistemas de administración de vectores no víricos incluyen plásmidos de ADN, ácido nucleico desnudo y ácido nucleico en forma de complejo con un vehículo de suministro tal como un liposoma o un poloxámero. Los sistemas de suministro de vectores víricos incluyen virus de ADN y ARN, que tienen genomas episómicos o integrados después del suministro a la célula. Para una revisión de los procedimientos de terapia génica, véanse Anderson, Science 256:808-813 (1992); Nabel y Felgner, TIBTECH 11:211-217 (1993); Mitani y Caskey, TIBTECH 11:162-166 (1993); Dillon, TIBTECH 11:167-175 (1993); Miller, Nature 357:455-460 (1992); Van Brunt, Biotechnology 6(10): 1149-1154 (1988); Vigne, Restorative Neurology and Neuroscience 8:35-36 (1995); Kremer & Perricaudet, British Medical Bulletin 51(1 ):31 -44 (1995); Haddadaet al.,en Current Topics in Microbiology and Immunology Doerfler and Bohm (eds.) (1995); y Yuet al.,Gene Therapy 1:13-26 (1994). Conventional viral and non-viral gene transfer methods can be used to introduce nucleic acids encoding nucleases and donor constructs into cells (e.g., mammalian cells) and target tissues. Nonviral vector delivery systems include DNA plasmids, naked nucleic acid, and nucleic acid complexed with a delivery vehicle such as a liposome or poloxamer. Viral vector delivery systems include DNA and RNA viruses, which have episomal or integrated genomes after delivery to the cell. For a review of gene therapy procedures, see Anderson, Science 256:808-813 (1992); Nabel and Felgner, TIBTECH 11:211-217 (1993); Mitani and Caskey, TIBTECH 11:162-166 (1993); Dillon, TIBTECH 11:167-175 (1993); Miller, Nature 357:455-460 (1992); Van Brunt, Biotechnology 6(10): 1149-1154 (1988); Vigne, Restorative Neurology and Neuroscience 8:35-36 (1995); Kremer & Perricaudet, British Medical Bulletin 51(1):31-44 (1995); Haddada et al., in Current Topics in Microbiology and Immunology Doerfler and Bohm (eds.) (1995); and Yuet al., Gene Therapy 1:13-26 (1994).
Los métodos de suministro no vírico de ácidos nucleicos incluyen electroporación, lipofección, microinyección, biolística, virosomas, liposomas, inmunoliposomas, conjugados de policationes o ácidos nucleicos, ADN desnudo, viriones artificiales y captación de ADN mejorada por agentes. La sonoporación que usa, por ejemplo,el sistema Sonitron 2000 (Rich-Mar) también puede usarse para el suministro de ácidos nucleicos. Nonviral delivery methods of nucleic acids include electroporation, lipofection, microinjection, biolistics, virosomes, liposomes, immunoliposomes, polycation or nucleic acid conjugates, naked DNA, artificial virions, and agent-enhanced DNA uptake. Sonoporation using, for example, the Sonitron 2000 system (Rich-Mar) can also be used for nucleic acid delivery.
Los sistemas de suministro de ácido nucleico ilustrativos adicionales incluyen aquellos proporcionados por Amaxa Biosystems (Colonia, Alemania), Maxcyte, Inc. (Rockville, Maryland), BTX Molecular Delivery Systems (Holliston, MA) y Copernicus Therapeutics Inc, (véase, por ejemplo, el documento US6008336). La lipofección se describe en, por ejemplo, las Patentes de EE.UU. N.° 5.049.386; 4.946.787; y 4.897.355) y los reactivos de lipofección se venden comercialmente (por ejemplo, Transfectam™ y Lipofectin™). Los lípidos catiónicos y neutros que son adecuados para la lipofección eficiente de polinucleótidos con reconocimiento de receptor incluyen aquellos de Felgner, el documento WO 91/17424, el documento WO 91/16024. Additional illustrative nucleic acid delivery systems include those provided by Amaxa Biosystems (Cologne, Germany), Maxcyte, Inc. (Rockville, Maryland), BTX Molecular Delivery Systems (Holliston, MA) and Copernicus Therapeutics Inc, (see, for example , document US6008336). Lipofection is described in, for example, US Patent Nos. 5,049,386; 4,946,787; and 4,897,355) and lipofection reagents are sold commercially (e.g., Transfectam™ and Lipofectin™). Cationic and neutral lipids that are suitable for efficient lipofection of receptor-recognizing polynucleotides include those from Felgner, WO 91/17424, WO 91/16024.
La preparación de los complejos lípido:ácido nucleico, incluyendo los liposomas dirigidos tales como los complejos de inmunolípidos, es bien conocida por un experto en la materia (véase, por ejemplo, Crystal, Science 270:404-410 (1995); Blaeseet al.,Cancer Gene Ther. 2:291-297 (1995); Behret al.,Bioconjugate Chem. 5:382-389 (1994); Remyet al.,Bioconjugate Chem. 5:647-654 (1994); Gaoet al.,Gene Therapy 2:710-722 (1995); Ahmadet al.,Cancer Res. The preparation of lipid:nucleic acid complexes, including targeted liposomes such as immunolipid complexes, is well known to one skilled in the art (see, for example, Crystal, Science 270:404-410 (1995); Blaese et al. ., Cancer Gene Ther. 2:291-297 (1995); Behret al., Bioconjugate Chem. 5:382-389 (1994); ,Gene Therapy 2:710-722 (1995); Ahmadet al.,Cancer Res.
52:4817-4820 (1992); Pat. de EE.UU. N.° 4.186.183, 4.217.344, 4.235.871, 4.261.975, 4.485.054, 4.501.728, 4.774.085, 4.837.028 y 4.946.787). 52:4817-4820 (1992); Pat. US Nos. 4,186,183, 4,217,344, 4,235,871, 4,261,975, 4,485,054, 4,501,728, 4,774,085, 4,837,028 and 4,946,787).
Los métodos adicionales de suministro incluyen el uso del empaquetamiento de los ácidos nucleicos para<suministrarse en los vehículos de suministro EnGeneIC (EDV). Estos>E<d>V<se suministran específicamente a los tejidos>diana usando anticuerpos biespecíficos donde un brazo del anticuerpo tiene especificidad por el tejido diana y el otro tiene especificidad por el EDV. El anticuerpo lleva los EDV a la superficie de la célula diana y después el EDV se introduce en la célula por endocitosis. Una vez en la célula, el contenido se libera (véase MacDiarmid et al (2009) Nature Biotechnology 27(7):643). Additional delivery methods include the use of packaging the nucleic acids to be delivered in EnGeneIC delivery vehicles (EDVs). These E<d>V<s are specifically delivered to the target tissues using bispecific antibodies where one arm of the antibody has specificity for the target tissue and the other has specificity for the EDV. The antibody brings the EDVs to the surface of the target cell and then the EDV enters the cell by endocytosis. Once in the cell, the contents are released (see MacDiarmid et al (2009) Nature Biotechnology 27(7):643).
El uso de sistemas basados en virus de ARN o ADN para el suministro de ácidos nucleicos que codifican ZFP modificados por ingeniería genética aprovecha procesos altamente evolucionados para dirigir un virus a células específicas en el cuerpo y transportar la carga vírica hacia el núcleo. Los vectores víricos pueden administrarse directamente a los pacientes(in vivo)o pueden usarse para tratar célulasin vitroy las células modificadas se administran a pacientes(ex vivo).Los sistemas basados en virus convencionales para el suministro de ZFP incluyen, pero no se limitan a, vectores retrovíricos, de lentivirus, adenovíricos, adenoasociados, del virus vaccinia y del herpes simple para la transferencia génica. La integración en el genoma del hospedador es posible con los métodos de transferencia génica de retrovirus, de lentivirus y de virus adenoasociados, a menudo dando como resultado la expresión a largo plazo del transgén insertado. Adicionalmente, se han observado altas eficiencias de transducción en muchos tipos diferentes de células y tejidos diana. The use of RNA or DNA virus-based systems for the delivery of engineered ZFP-encoding nucleic acids takes advantage of highly evolved processes to target a virus to specific cells in the body and transport the viral cargo to the nucleus. Viral vectors can be administered directly to patients (in vivo) or can be used to treat cells in vitro and the modified cells are administered to patients (ex vivo). Conventional virus-based systems for delivery of ZFP include, but are not limited to , retroviral, lentivirus, adenoviral, adeno-associated, vaccinia virus and herpes simplex virus vectors for gene transfer. Integration into the host genome is possible with retrovirus, lentivirus, and adeno-associated virus gene transfer methods, often resulting in long-term expression of the inserted transgene. Additionally, high transduction efficiencies have been observed in many different types of target cells and tissues.
El tropismo de un retrovirus puede alterarse incorporando proteínas de la envuelta extrañas, expandiendo la población diana potencial de células diana. Los vectores lentivíricos son vectores retrovíricos que son capaces de transducir o infectar células que no se dividen y normalmente producen altos títulos víricos. La selección de un sistema de transferencia génica retrovírica depende del tejido diana. Los vectores retrovíricos están compuestos por repeticiones terminales largas que actúan enciscon capacidad de empaquetamiento de hasta 6-10 kb de secuencia extraña. Las LTR que actúan en cis mínimas son suficientes para la replicación y el empaquetamiento de los vectores, que se usan después para integrar el gen terapéutico en la célula diana para proporcionar una expresión transgénica permanente. Los vectores retrovíricos ampliamente usados incluyen aquellos basados en el virus de la leucemia murina (MuLV), el virus de leucemia del gibón (GaLV), el virus de la inmunodeficiencia de simio (SIV), el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y combinaciones de los mismos (véase, por ejemplo, Buchscheret al.,J. Virol. 66:2731-2739 (1992); Johannet al.,J. Virol. 66: 1635-1640 (1992); Sommerfeltet al.,Virol. 176:58-59 (1990); Wilsonet al.,J. Virol. 63:2374-2378 (1989); Milleret al.,J. Virol. 65:2220-2224 (1991); documento PCT/US94/05700). The tropism of a retrovirus can be altered by incorporating foreign envelope proteins, expanding the potential target population of target cells. Lentiviral vectors are retroviral vectors that are capable of transducing or infecting cells that do not divide and normally produce high viral titers. The selection of a retroviral gene transfer system depends on the target tissue. Retroviral vectors are composed of long, cis-acting terminal repeats with the capacity to package up to 6-10 kb of foreign sequence. Minimal cis-acting LTRs are sufficient for replication and packaging of the vectors, which are then used to integrate the therapeutic gene into the target cell to provide permanent transgene expression. Widely used retroviral vectors include those based on murine leukemia virus (MuLV), gibbon leukemia virus (GaLV), simian immunodeficiency virus (SIV), human immunodeficiency virus (HIV), and combinations thereof (see, for example, Buchscheret al., J. Virol. 66:2731-2739 (1992); Johannet al., J. Virol. 66: 1635-1640 (1992); Sommerfeltet al., Virol. 176:58-59 (1990); Wilson et al., J. Virol. 63:2374-2378 (1989); .
En aplicaciones en las que se prefiere la expresión transitoria, pueden usarse sistemas basados en adenovirus. Los vectores basados en adenovirus son capaces de una eficiencia de transducción muy alta en muchos tipos de células y no requieren división celular. Con tales vectores, se ha obtenido un alto título y altos niveles de expresión. Este vector puede producirse en grandes cantidades en un sistema relativamente simple. Los vectores de virus adenoasociados ("AAV") también se usan para transducir células con ácidos nucleicos diana, por ejemplo,en la producciónin vitrode ácidos nucleicos y péptidos y para procedimientos de terapia génicain vivoyex vivo(véanse, por ejemplo, Westet al.,Virology 160:38-47 (1987); la patente de EE.UU. N.° 4.797.368; el documento WO 93/24641; Kotin, Human Gene Therapy 5:793-801 (1994); Muzyczka, J. Clin. Invest. 94:1351 (1994). La construcción de vectores de AAV recombinantes se describe en varias publicaciones, incluyendo la Pat. de EE.UU. N.° 5.173.414; Tratschinet al.,Mol. Cell. Biol. 5:3251-3260 (1985); Tratschin,et al.,Mol. Cell. Biol. 4:2072-2081 (1984); Hermonat y Muzyczka, PNAS 81:6466-6470 (1984); y Samulskiet al.,J. Virol. 63:03822-3828 (1989). In applications where transient expression is preferred, adenovirus-based systems can be used. Adenovirus-based vectors are capable of very high transduction efficiency in many cell types and do not require cell division. With such vectors, a high titer and high levels of expression have been obtained. This vector can be produced in large quantities in a relatively simple system. Adeno-associated virus ("AAV") vectors are also used to transduce cells with target nucleic acids, for example, in the in vitro production of nucleic acids and peptides and for in vivo and ex vivo gene therapy procedures (see, for example, West et al., Virology 160:38-47 (1987); US Patent No. 4,797,368; Kotin, Human Gene Therapy 5:793-801 (1994); Invest. 94:1351 (1994). :3251-3260 (1985); Tratschin, et al., Mol. Biol. 4:2072-2081 (1984); Virol. 63:03822-3828 (1989).
Al menos seis enfoques de vectores víricos están disponibles actualmente para la transferencia génica en ensayos clínicos, que usan enfoques que implican la complementación de vectores defectuosos mediante genes insertados en líneas celulares auxiliares para generar el agente transductor. At least six viral vector approaches are currently available for gene transfer in clinical trials, using approaches that involve complementation of defective vectors by genes inserted into helper cell lines to generate the transducing agent.
pLASN y MFG-S son ejemplos de vectores retrovíricos que se han usado en ensayos clínicos (Dunbaret al.,Blood 85:3048-305 (1995); Kohnet al.,Nat. Med. 1:1017-102 (1995); Malechet al.,PNAS 94:22 12133-12138 (1997)). PA317/pLASN fue el primer vector terapéutico usado en un ensayo de terapia génica. (Blaeseet al.,Science 270:475-480 (1995)). Se han observado eficiencias de transducción del 50 % o más en vectores empaquetados en MFG-S. (Ellemet al.,Immunol Immunother. 44(1): 10-20 (1997); Dranoffet al.,Hum. Gene Ther. 1:111-2 (1997). pLASN and MFG-S are examples of retroviral vectors that have been used in clinical trials (Dunbaret al., Blood 85:3048-305 (1995); Kohnet al., Nat. Med. 1:1017-102 (1995); Malechet al., PNAS 94:22 12133-12138 (1997)). PA317/pLASN was the first therapeutic vector used in a gene therapy trial. (Blaeseet al., Science 270:475-480 (1995)). Transduction efficiencies of 50% or more have been observed in vectors packaged in MFG-S. (Ellemet al., Immunol Immunother. 44(1): 10-20 (1997); Dranoffet al., Hum. Gene Ther. 1:111-2 (1997).
Los vectores de virus adenoasociados recombinantes (rAAV) son sistemas prometedores de administración de genes alternativos basados en el virus adenoasociado parvovirus de tipo 2 defectuoso y no patógeno. Todos los vectores derivan de un plásmido que retiene solo las repeticiones terminales invertidas de 145 pb del AAV que flanquean el casete de expresión del transgén. La transferencia eficiente de genes y el suministro estable de transgenes debido a la integración en los genomas de la célula transducida son características clave para este sistema de vectores. (Wagneret al.,Lancet 351:9117 1702-3 (1998), Kearnset al.,Gene Ther. 9:748-55 (1996)). Otros serotipos de AAV, incluyendo AAV1, AAV3, AAV4, AAV5, AAV6, AAV8, AAV 8.2, AAV9, AAV rh10 y AAV pseudotipados tales como AAV2/8, AAV2/5 y AAV2/6 también pueden usarse de acuerdo con la presente invención. Recombinant adeno-associated virus (rAAV) vectors are promising alternative gene delivery systems based on the defective and non-pathogenic parvovirus type 2 adeno-associated virus. All vectors are derived from a plasmid that retains only the 145-bp inverted terminal repeats of AAV flanking the transgene expression cassette. Efficient gene transfer and stable delivery of transgenes due to integration into the genomes of the transduced cell are key features for this vector system. (Wagneret al., Lancet 351:9117 1702-3 (1998), Kearnset al., Gene Ther. 9:748-55 (1996)). Other AAV serotypes, including AAV1, AAV3, AAV4, AAV5, AAV6, AAV8, AAV 8.2, AAV9, AAV rh10 and pseudotyped AAVs such as AAV2/8, AAV2/5 and AAV2/6 may also be used in accordance with the present invention. .
Los vectores adenovíricos (Ad) recombinantes deficientes en replicación pueden producirse a un título alto e infectar fácilmente varios tipos de células diferentes. La mayoría de los vectores de adenovirus están modificados por ingeniería genética de tal manera que un transgén reemplaza los genes Ad E1a, E1b y/o E3; posteriormente el vector defectuoso de replicación se propaga en células 293 humanas que suministran la función del gen eliminado entrans.Los vectores Ad pueden transducir múltiples tipos de tejidosin vivo,incluyendo células no en división, diferenciadas, tales como las que se encuentran en el hígado, el riñón y el músculo. Los vectores Ad convencionales tienen una gran capacidad de carga. Un ejemplo del uso de un vector Ad en un ensayo clínico implicó la terapia con polinucleótidos para la inmunización antitumoral con inyección intramuscular (Stermanet al.,Hum. Gene Ther. 7:1083-9 (1998)). Los ejemplos adicionales del uso de vectores de adenovirus para la transferencia génica en ensayos clínicos incluyen Roseneckeret al.,Infection 24:1 5-10 (1996); Stermanet al.,Hum. Gene Ther. 9:7 1083-1089 (1998); Welshet al.,Hum. Gene Ther. 2:205-18 (1995); Alvarezet al.,Hum. Gene Ther. 5:597-613 (1997); Topfet al.,Gene Ther. 5:507-513 (1998); Stermanet al.,Hum. Gene Ther. 7:1083-1089 (1998). Replication-deficient recombinant adenoviral (Ad) vectors can be produced at a high titer and easily infect several different cell types. Most adenovirus vectors are genetically engineered such that a transgene replaces the Ad E1a, E1b, and/or E3 genes; The replication-defective vector is subsequently propagated into human 293 cells that supply the function of the deleted gene entrans. Ad vectors can transduce multiple types of tissues in vivo, including non-dividing, differentiated cells, such as those found in the liver, the kidney and muscle. Conventional Ad vectors have a large loading capacity. An example of the use of an Ad vector in a clinical trial involved polynucleotide therapy for antitumor immunization with intramuscular injection (Stermanet al., Hum. Gene Ther. 7:1083-9 (1998)). Additional examples of the use of adenovirus vectors for gene transfer in clinical trials include Roseneckeret al., Infection 24:1 5-10 (1996); Stermanet al., Hum. Gene Ther. 9:7 1083-1089 (1998); Welshet al., Hum. Gene Ther. 2:205-18 (1995); Alvarezet al., Hum. Gene Ther. 5:597-613 (1997); Topfet al.,Gene Ther. 5:507-513 (1998); Stermanet al., Hum. Gene Ther. 7:1083-1089 (1998).
Las células de empaquetamiento se usan para formar partículas de virus que son capaces de infectar una célula hospedadora. Dichas células incluyen células 293, que empaquetan adenovirus, y células ^2 o células PA317, que empaquetan retrovirus. Los vectores víricos usados en la terapia génica habitualmente se generan por una línea celular productora que empaqueta un vector de ácido nucleico en una partícula vírica. Los vectores normalmente contienen las secuencias víricas mínimas requeridas para el empaquetamiento y la posterior integración en un hospedador (si corresponde), reemplazándose otras secuencias víricas por un casete de expresión que codifica la proteína a expresar. Las funciones víricas que faltan se suministran entranspor la línea celular de empaquetamiento. Por ejemplo, los vectores de AAV usados en terapia génica normalmente poseen secuencias de repetición terminal invertida (ITR) del genoma de AAV que se requieren para el empaquetamiento y la integración en el genoma del hospedador. El ADN vírico se empaqueta en una línea celular, que contiene un plásmido auxiliar que codifica los otros genes de AAV, en concretorepycap,pero que carece de las secuencias ITR. La línea celular también se infecta con adenovirus como un auxiliar. El virus auxiliar promueve la replicación del vector AAV y la expresión de genes de AAV a partir del plásmido auxiliar. El plásmido auxiliar no está empaquetado en cantidades significativas debido a la falta de secuencias ITR. La contaminación con adenovirus puede reducirse mediante, por ejemplo, tratamiento térmico al que el adenovirus es más sensible que el AAV. Packaging cells are used to form virus particles that are capable of infecting a host cell. Such cells include 293 cells, which package adenoviruses, and ^2 cells or PA317 cells, which package retroviruses. Viral vectors used in gene therapy are typically generated by a producer cell line that packages a nucleic acid vector into a viral particle. Vectors typically contain the minimal viral sequences required for packaging and subsequent integration into a host (if applicable), other viral sequences being replaced by an expression cassette encoding the protein to be expressed. The missing viral functions are supplied internally by the packaging cell line. For example, AAV vectors used in gene therapy typically possess inverted terminal repeat (ITR) sequences of the AAV genome that are required for packaging and integration into the host genome. The viral DNA is packaged into a cell line, which contains a helper plasmid that encodes the other AAV genes, specifically repycap, but lacks the ITR sequences. The cell line is also infected with adenovirus as a helper. The helper virus promotes replication of the AAV vector and expression of AAV genes from the helper plasmid. The helper plasmid is not packaged in significant quantities due to the lack of ITR sequences. Adenovirus contamination can be reduced by, for example, heat treatment to which adenovirus is more sensitive than AAV.
En muchas aplicaciones de terapia génica, es deseable que el vector de terapia génica se suministre con un alto grado de especificidad a un tipo de tejido particular. En consecuencia, un vector vírico puede modificarse para tener especificidad para un tipo de célula dado al expresar un ligando como una proteína de fusión con una proteína de cubierta vírica en la superficie externa del virus. El ligando se elige de tal manera que tenga afinidad por un receptor que se sabe que está presente en el tipo de célula de interés. Por ejemplo, Hanet al.,Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:9747-9751 (1995) informan que el virus de la leucemia murina de Moloney puede modificarse para expresar heregulina humana fusionada a gp70, y el virus recombinante infecta determinadas células de cáncer de mama humano que expresan el receptor del factor de crecimiento epidérmico humano. Este principio puede extenderse a otros pares de virus-célula diana, en los cuales la célula diana expresa un receptor y el virus expresa una proteína de fusión que comprende un ligando para el receptor de la superficie celular. Por ejemplo, los fagos filamentosos pueden modificarse por ingeniería genética para mostrar fragmentos de anticuerpos (por ejemplo, FAB o Fv) que tienen afinidad de unión específica por prácticamente cualquier receptor celular elegido. Aunque la descripción anterior se aplica principalmente a los vectores víricos, los mismos principios pueden aplicarse a los vectores no víricos. Dichos vectores pueden modificarse para contener secuencias de captación específicas que favorecen la captación por células diana específicas. In many gene therapy applications, it is desirable that the gene therapy vector be delivered with a high degree of specificity to a particular tissue type. Consequently, a viral vector can be modified to have specificity for a given cell type by expressing a ligand such as a fusion protein with a viral envelope protein on the outer surface of the virus. The ligand is chosen such that it has affinity for a receptor known to be present on the cell type of interest. For example, Hanet al.,Proc. Natl. Academic Sci. USA 92:9747-9751 (1995) report that Moloney murine leukemia virus can be modified to express human heregulin fused to gp70, and the recombinant virus infects certain human breast cancer cells that express the factor receptor. human epidermal growth. This principle can be extended to other virus-target cell pairs, in which the target cell expresses a receptor and the virus expresses a fusion protein comprising a ligand for the cell surface receptor. For example, filamentous phages can be engineered to display antibody fragments (e.g., FAB or Fv) that have specific binding affinity for virtually any chosen cellular receptor. Although the above description applies primarily to viral vectors, the same principles can be applied to non-viral vectors. Such vectors can be modified to contain specific uptake sequences that promote uptake by specific target cells.
Los vectores de terapia génica pueden suministrarsein vivomediante la administración a un paciente individual, normalmente mediante administración sistémica (por ejemplo, infusión intravenosa, intraperitoneal, intramuscular, subdérmica, o intracraneal) o aplicación tópica, como se describe a continuación. Como alternativa, los vectores pueden suministrarse a célulasex vivo,tal como células explantadas de un paciente individual (por ejemplo, linfocitos, aspirados de médula ósea, biopsia de tejido) o células madre hematopoyéticas de donantes universales, seguido de reimplantación de las células en un paciente, habitualmente después de la selección de células que han incorporado el vector. Gene therapy vectors may be delivered in vivo by administration to an individual patient, typically by systemic administration (e.g., intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subdermal, or intracranial infusion) or topical application, as described below. Alternatively, the vectors can be delivered to cells ex vivo, such as cells explanted from an individual patient (e.g., lymphocytes, bone marrow aspirates, tissue biopsy) or hematopoietic stem cells from universal donors, followed by reimplantation of the cells into a patient, usually after selection of cells that have incorporated the vector.
Los vectores (por ejemplo, retrovirus, adenovirus, liposomas, etc.) que contienen nucleasas y/o construcciones donantes también pueden administrarse directamente a un organismo para la transducción de las célulasin vivo.Como alternativa, puede administrarse ADN desnudo. La administración se realiza por cualquiera de las vías que normalmente se usan para introducir una molécula en contacto final con las células sanguíneas o tisulares incluyendo, pero no limitado a, inyección, infusión, aplicación tópica y electroporación. Los métodos adecuados para administrar tales ácidos nucleicos están disponibles y son bien conocidos por los expertos en la materia y, aunque puede usarse más de una vía para administrar una composición particular, una vía particular a menudo puede proporcionar un camino más inmediato y más eficaz que otra vía. Vectors (e.g., retroviruses, adenoviruses, liposomes, etc.) containing nucleases and/or donor constructs can also be administered directly to an organism for transduction of cells in vivo. Alternatively, naked DNA can be administered. Administration is carried out by any of the routes normally used to introduce a molecule into final contact with blood or tissue cells including, but not limited to, injection, infusion, topical application and electroporation. Suitable methods for administering such nucleic acids are available and well known to those skilled in the art and, although more than one route can be used to administer a particular composition, a particular route can often provide a more immediate and more effective route than another way.
Los vectores adecuados para la introducción de polinucleótidos descritos en el presente documento incluyen vectores de lentivirus no integrantes (IDLV). Véase, por ejemplo, Oryet al.(1996) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93:11382-11388; Dullet al.(1998) J. Virol. 72:8463-8471; Zufferyet al.(1998) J. Virol. 72:9873-9880; Follenziet al.(2000) Nature Genetics 25:217-222; Publicación de Patente de EE.UU. N.° 2009/054985. Vectors suitable for the introduction of polynucleotides described herein include non-integrating lentivirus (IDLV) vectors. See, for example, Oryet al.(1996) Proc. Natl. Academic Sci USA 93:11382-11388; Dullet al. (1998) J. Virol. 72:8463-8471; Zufferyet al.(1998) J. Virol. 72:9873-9880; Follenziet al.(2000) Nature Genetics 25:217-222; US Patent Publication No. 2009/054985.
Los vehículos farmacéuticamente aceptables se determinan, en parte, por la composición particular que se administre, así como por el método particular usado para administrar la composición. En consecuencia, existe una amplia diversidad de formulaciones adecuadas de composiciones farmacéuticas disponibles, como se describe posteriormente (véase, por ejemplo, Remington's Pharmaceutical Sciences, 17a ed., 1989). Pharmaceutically acceptable carriers are determined, in part, by the particular composition being administered, as well as the particular method used to administer the composition. Accordingly, there is a wide variety of suitable formulations of pharmaceutical compositions available, as described below (see, for example, Remington's Pharmaceutical Sciences, 17th ed., 1989).
Será evidente que las secuencias que codifican la nucleasa y las construcciones donantes pueden suministrarse usando el mismo sistema o sistemas diferentes. Por ejemplo, un polinucleótido donante puede transportarse por un plásmido, mientras que una o más nucleasas pueden transportarse por un vector de AAV. Adicionalmente, los diferentes vectores pueden administrarse por la misma o diferentes vías (inyección intramuscular, inyección en la vena de la cola, otra inyección intravenosa, administración intraperitoneal y/o inyección intramuscular). Los vectores pueden suministrarse simultáneamente o en cualquier orden secuencial. It will be apparent that the nuclease encoding sequences and the donor constructs can be delivered using the same or different systems. For example, a donor polynucleotide may be carried by a plasmid, while one or more nucleases may be carried by an AAV vector. Additionally, the different vectors can be administered by the same or different routes (intramuscular injection, tail vein injection, another intravenous injection, intraperitoneal administration and/or intramuscular injection). The vectors can be supplied simultaneously or in any sequential order.
Las formulaciones para las administracionesex vivoein vivoincluyen suspensiones en líquidos o líquidos emulsionados. Los principios activos se mezclan a menudo con excipientes que son farmacéuticamente aceptables y compatibles con el principio activo. Los excipientes adecuados incluyen, por ejemplo, agua, solución salina, dextrosa, glicerol, etanol o similares y combinaciones de los mismos. Además, la composición puede contener cantidades menores de sustancias auxiliares, tales como, agentes humectantes o emulsionantes, agentes tamponantes del pH, agentes estabilizantes u otros reactivos que mejoran la efectividad de la composición farmacéutica. Formulations for ex vivo and in vivo administrations include suspensions in liquids or emulsified liquids. Active ingredients are often mixed with excipients that are pharmaceutically acceptable and compatible with the active ingredient. Suitable excipients include, for example, water, saline, dextrose, glycerol, ethanol or the like and combinations thereof. In addition, the composition may contain minor amounts of auxiliary substances, such as wetting or emulsifying agents, pH buffering agents, stabilizing agents or other reagents that improve the effectiveness of the pharmaceutical composition.
AplicacionesApplications
Los métodos y las composiciones de la invención pueden usarse en cualquier circunstancia en donde se desee suministrar un transgén que codifique una o más proteínas de tal manera que la proteína o proteínas se secreten desde la célula marcada como diana. Por lo tanto, esta tecnología es de uso en una afección en donde un paciente es deficiente en algunas proteínas debido a problemas (por ejemplo, problemas en el nivel de expresión o problemas con la proteína expresada como subfuncional o no funcional). Es particularmente útil con esta invención la expresión de transgenes para corregir o restaurar la funcionalidad en trastornos de la coagulación. Adicionalmente, los trastornos por deficiencia de A1AT, tales como la EPOC o el daño hepático, u otros trastornos, afecciones o enfermedades que pueden mitigarse mediante el suministro de proteínas exógenas por un órgano secretor pueden tratarse con éxito mediante los métodos y las composiciones de esta invención. Las enfermedades de almacenamiento lisosómico pueden tratarse mediante los métodos y las composiciones de la invención, así como las enfermedades metabólicas tales como diabetes. The methods and compositions of the invention can be used in any circumstance where it is desired to deliver a transgene encoding one or more proteins such that the protein or proteins are secreted from the targeted cell. Therefore, this technology is of use in a condition where a patient is deficient in some proteins due to problems (for example, problems at the expression level or problems with the expressed protein being subfunctional or non-functional). Particularly useful with this invention is the expression of transgenes to correct or restore functionality in coagulation disorders. Additionally, A1AT deficiency disorders, such as COPD or liver damage, or other disorders, conditions or diseases that can be mitigated by the delivery of exogenous proteins by a secretory organ can be successfully treated by the methods and compositions of this invention. Lysosomal storage diseases can be treated by the methods and compositions of the invention, as well as metabolic diseases such as diabetes.
Las proteínas que son útiles terapéuticamente y que se suministran normalmente por inyección o infusión también son útiles con los métodos y composiciones de la invención. A modo de ejemplos no limitantes, la producción de un péptido C (por ejemplo, Ersatta™ por Cebix) o insulina para su uso en terapia diabética. Una aplicación adicional incluye el tratamiento de la epidermólisis ampollosa mediante la producción de colágeno VII. La expresión de IGF-1 en el tejido secretor como se describe en el presente documento puede usarse para aumentar los niveles de esta proteína en pacientes con cirrosis hepática y deficiencia de lipoproteína lipasa mediante la expresión de la lipoproteína lipasa. Los anticuerpos también pueden secretarse para beneficio terapéutico, por ejemplo, para el tratamiento de cánceres, enfermedades autoinmunitarias y otras enfermedades. Otras proteínas relacionadas con la coagulación podrían producirse en el tejido secretor, incluyen fibrinógeno, protrombina, factor tisular, Factor V, Factor XI, Factor XII (factor de Hageman), Factor XIII (factor estabilizante de la fibrina), factor von Willebrand, precalicreína, quininógeno de alto peso molecular (factor de Fitzgerald), fibronectina, antitrombina III, cofactor II de la heparina, proteína C, proteína S, proteína Z, inhibidor de la proteasa dependiente de la proteína Z, plasminógeno, alfa 2-antiplasmina, activador del plasminógeno tisular, uroquinasa, inhibidor del activador del plasminógeno-1 e inhibidor del activador del plasminógeno-2. Proteins that are therapeutically useful and that are typically delivered by injection or infusion are also useful with the methods and compositions of the invention. By way of non-limiting examples, the production of a C-peptide (e.g., Ersatta™ by Cebix) or insulin for use in diabetic therapy. An additional application includes the treatment of epidermolysis bullosa through the production of collagen VII. Expression of IGF-1 in secretory tissue as described herein can be used to increase levels of this protein in patients with liver cirrhosis and lipoprotein lipase deficiency through expression of lipoprotein lipase. Antibodies can also be secreted for therapeutic benefit, for example, for the treatment of cancers, autoimmune diseases, and other diseases. Other coagulation-related proteins may be produced in secretory tissue, including fibrinogen, prothrombin, tissue factor, Factor V, Factor XI, Factor , high molecular weight kininogen (Fitzgerald factor), fibronectin, antithrombin III, heparin cofactor II, protein C, protein S, protein Z, protein Z-dependent protease inhibitor, plasminogen, alpha 2-antiplasmin, activator tissue plasminogen, urokinase, plasminogen activator inhibitor-1 and plasminogen activator inhibitor-2.
EjemplosExamples
Ejemplo 1: Diseño, construcción y caracterización de proteínas nucleasas con dedos de cinc (ZFN) dirigidas al gen de la albúmina de ratónExample 1: Design, construction and characterization of zinc finger nuclease (ZFN) proteins targeting the mouse albumin gene
Se diseñaron proteínas con dedos de cinc para dirigirse a los sitios de escisión dentro de los intrones 1, 12 y 13 del gen de la albúmina de ratón. Las construcciones de expresión correspondientes se ensamblaron y se incorporaron en plásmidos, vectores AAV o adenovíricos esencialmente como se describe en Urnovet al.(2005) Nature 435(7042):646-651, Perez et al (2008) Nature Biotechnology 26(7):808-816 y como se describe en la Patente de EE.UU. N.° 6.534.261. La Tabla 1 muestra las hélices de reconocimiento dentro del dominio de unión al ADN de ZFP específicas de albúmina de ratón ilustrativas mientras que la Tabla 2 muestra los sitios diana para estas ZFP. Los nucleótidos en el sitio diana que están en contacto con las hélices de reconocimiento de ZFP se indican en letras mayúsculas; los nucleótidos sin contacto se indican en minúsculas. Zinc finger proteins were designed to target cleavage sites within introns 1, 12, and 13 of the mouse albumin gene. The corresponding expression constructs were assembled and incorporated into plasmids, AAV or adenoviral vectors essentially as described in Urnovet al.(2005) Nature 435(7042):646-651, Perez et al (2008) Nature Biotechnology 26(7) :808-816 and as described in US Patent No. 6,534,261. Table 1 shows the recognition helices within the DNA binding domain of illustrative mouse albumin-specific ZFPs while Table 2 shows the target sites for these ZFPs. Nucleotides in the target site that are in contact with the ZFP recognition helices are indicated in capital letters; non-contacting nucleotides are indicated in lower case.
T l 1: Di ñ h li n l in ífi r l min m rinT l 1: Di ñ h li n l in ífi r l min m rin
continuación continuation
Tabla 2: Sitios diana de ZFN es ecíficos de albúmina murina Table 2: ZFN target sites specific to murine albumin
Ejemplo 2: Actividad de ZFN murinos específicos de albúmina Example 2: Activity of albumin-specific murine ZFNs
Se probó la capacidad de los ZFN de la Tabla 1 para escindir sus secuencias diana endógenas en células de ratón. Para realizar esto, las construcciones que expresan los ZFN en la Tabla 1 se transfectaron en células Neuro2A en los pares indicados en la Figura 1. Las células se mantuvieron después a 37 °C durante 3 días o se sometieron a un choque hipotérmico (30 °C, véase la Publicación de Patente de EE.UU. de copropiedad n.° 20110041195). El ADN genómico se aisló después de las células Neuro2A usando el kit DNeasy (Qiagen) y se sometió al ensayo Cel-I (Surveyor™, Transgenomics) como se describe in Perez et al, (2008) Nat. Biotechnol. 26: 808-816 y en Guschin et al, (2010) Methods Mol Biol. 649:247-56), para cuantificar las modificaciones cromosómicas inducidas por la escisión de ZFN. En este ensayo, se usa la PCR para amplificar un fragmento de ADN que lleva el sitio diana ZFN y después el amplicón resultante se digiere con la nucleasa Cel-I específica de emparejamiento incorrecto (Yang et al, (2000) Biochemistry 39, 3533-3541), seguido de la resolución de amplicón intacto y escindido sobre un gel de agarosa. Al cuantificar el grado de escisión del amplicón, uno puede calcular la fracción de alelos mutados en el amplicón y, por lo tanto, en el conjunto celular original. En estos experimentos, todos los pares ZFN eran pares de mutación ELD/KKRFokl(descritos anteriormente). The ZFNs from Table 1 were tested for their ability to cleave their endogenous target sequences in mouse cells. To perform this, the constructs expressing the ZFNs in Table 1 were transfected into Neuro2A cells in the pairs indicated in Figure 1. The cells were then maintained at 37 °C for 3 days or subjected to hypothermic shock (30 ° C, see co-owned US Patent Publication No. 20110041195). Genomic DNA was then isolated from Neuro2A cells using the DNeasy kit (Qiagen) and subjected to the Cel-I assay (Surveyor™, Transgenomics) as described in Perez et al, (2008) Nat. Biotechnol. 26: 808-816 and in Guschin et al, (2010) Methods Mol Biol. 649:247-56), to quantify chromosomal modifications induced by ZFN cleavage. In this assay, PCR is used to amplify a DNA fragment carrying the ZFN target site and then the resulting amplicon is digested with the mismatch-specific nuclease Cel-I (Yang et al, (2000) Biochemistry 39, 3533- 3541), followed by resolution of intact and cleaved amplicon on an agarose gel. By quantifying the degree of amplicon cleavage, one can calculate the fraction of mutated alleles in the amplicon and thus in the original cell assembly. In these experiments, all ZFN pairs were ELD/KKRFokl mutation pairs (described above).
Los resultados del ensayo Cel-I se muestran en la Figura 1 y demuestran que las ZFN son capaces de inducir escisión y mutaciones consecuentes en sus respectivos sitios diana. El valor de "porcentaje de indel" que se muestra debajo de cada carril indica la fracción de dianas de ZFN que se escindieron con éxito y posteriormente se mutaron durante la reparación celular de la rotura bicatenaria a través de NHEJ. Los datos también demuestran una mayor actividad cuando el procedimiento de transducción incorpora el choque hipotérmico. The results of the Cel-I assay are shown in Figure 1 and demonstrate that ZFNs are capable of inducing cleavage and consequent mutations at their respective target sites. The “percent indel” value shown below each lane indicates the fraction of ZFN targets that were successfully cleaved and subsequently mutated during cellular double-strand break repair via NHEJ. The data also demonstrate greater activity when the transduction procedure incorporates hypothermic shock.
Ejemplo 3: ZFN específicos de albúmina caninaExample 3: Canine albumin-specific ZFNs
Se construyó un par de ZFN dirigidos al locus de albúmina canina para su uso en modelosin vivo.El par se construyó como se describe en el Ejemplo 1 y se muestra a continuación en la Tabla 3. La diana para cada ZFN se proporciona en la Tabla 4. A pair of ZFNs targeting the canine albumin locus was constructed for use in in vivo models. The pair was constructed as described in Example 1 and is shown below in Table 3. The target for each ZFN is provided in Table 4.
T l : Di ñ h li n l in ífi r l min ninT l : Di ñ h li n l in ífi r l min nin
Tabla 4: Sitios diana de ZFN es ecíficos de albúmina canina Table 4: ZFN target sites specific to canine albumin
Se probaron los ZFN específicos de caninoin vitropara la actividad esencialmente como se describe en el ejemplo 2, excepto que se usó la línea celular canina D17. Como se muestra en la Figura 2, en este estudio se demostró que los ZFN generan ~30 % de indels. Canino-specific ZFNs were tested in vitro for activity essentially as described in Example 2, except that the canine D17 cell line was used. As shown in Figure 2, ZFNs were shown to generate ~30% indels in this study.
Ejemplo 4: ZFN específicos de albúmina de primate no humanoExample 4: Non-human primate albumin-specific ZFNs
También se fabricaron ZFN dirigidos al locus de albúmina en monos macacos de la India(Macaca mulatta).Los pares se construyeron como se describió anteriormente y se muestran a continuación en la Tabla 5. Las dianas de los ZFN se muestran en la Tabla 6. Como se muestra a continuación, las secuencias humana (SEQ ID NO:92) y de macaco de la India (SEQ ID NO:93) para el sitio de unión para SBS n.° 35396 (véase a continuación, Tablas 7 y 8) están perfectamente conservadas. Las diferencias entre las secuencias humana y de macaco de la India están encuadradas. ZFNs targeting the albumin locus were also made in Indian macaque monkeys (Macaca mulatta). The pairs were constructed as described above and are shown below in Table 5. The targets of the ZFNs are shown in Table 6. As shown below, the human (SEQ ID NO:92) and macaque macaque (SEQ ID NO:93) sequences for the binding site for SBS #35396 (see below, Tables 7 and 8) They are perfectly preserved. Differences between the human and rhesus macaque sequences are boxed.
35396 35396
HUMANO ATTGAATTCA TAAC1TATCCC AAAÍ.GACCTAT CCATTGCACT ATGCTTTATT TAAAAACCAC MACACO DE LA IN D IA ATTGAATTCA TAACÍgtfCCC KAAGACCTAT CCATTGCACT ATGCTTTATT TAAAAGCCAC HUMAN ATTGAATTCA TAAC1TATCCC AAAÍ.GACCTAT CCATTGCACT ATGCTTTATT TAAAAACCAC MACACO DE LA IN D IA ATTGAATTCA TAACÍgtfCCC KAAGACCTAT CCATTGCACT ATGCTTTATT TAAAAGCCAC
G (NOTA: GENALGUNOS CASOS) G (NOTE: IN SOME CASES)
Por lo tanto, para el desarrollo del par específico de albúmina de macaco de la India, 35396 se emparejó con una serie de compañeros que se diseñaron para reemplazar al compañero 35364 humano en macaco de la India. Estas proteínas se muestran a continuación (Tabla 5) junto con sus secuencias diana (Tabla 6). Therefore, for the development of the rhesus macaque albumin-specific pair, 35396 was paired with a series of partners that were designed to replace the human rhesus macaque partner 35364. These proteins are shown below (Table 5) along with their target sequences (Table 6).
T l : Di ñ h li n l in ífi r l min m l In iT l : Di ñ h li n l in ífi r l min m l In i
Tabla 6: Sitios diana de ZFN es ecíficos de albúmina de macaco de la India Table 6: Specific ZFN target sites of rhesus macaque albumin
Los ZFN específicos de albúmina de macaco de la India se probaron por pares para determinar el par con la mayor actividad. En cada par, SBS n.° 35396 se probó con los compañeros potenciales que se muestran en las Tablas 5 y 6 en la línea celular RF/6A de macaco de la India usando los métodos descritos anteriormente. The rhesus macaque albumin-specific ZFNs were tested in pairs to determine the pair with the highest activity. In each pair, SBS #35396 was tested with the potential partners shown in Tables 5 and 6 in the rhesus macaque RF/6A cell line using the methods described above.
La actividad resultante, determinada por el porcentaje de discrepancia detectado usando el ensayo Cel-I se muestra en el cuerpo de la matriz (Tabla 7) y demuestra que los pares de ZFN tienen actividad contra el locus de albúmina de macaco de la India. The resulting activity, determined by the percentage of discrepancy detected using the Cel-I assay is shown in the body of the array (Table 7) and demonstrates that the ZFN pairs have activity against the rhesus macaque albumin locus.
Tabla 7: A ivi n l l l min m la IndiaTable 7: A ivi n l l l min m India
Dos pares se examinaron más extensamente, comparando la especificidad de secuencia mediante análisis SELEX y mediante una titulación de cada par para determinar la actividadin vitro.Los resultados demuestran que el par 35396/36806 era el par principal más deseable (véase la Figura 12). Two pairs were examined more extensively, comparing sequence specificity by SELEX analysis and by titration of each pair for in vitro activity. The results demonstrate that the pair 35396/36806 was the most desirable parent pair (see Figure 12).
La comparación de la secuencia del locus de albúmina humana con las secuencias de otros primates no humanos demuestra que pueden desarrollarse pares similares para trabajar en otros primates tales como los macacos cangrejeros (véase, la Figura 3A y 3B). Comparison of the human albumin locus sequence with sequences from other non-human primates demonstrates that similar pairs can be developed to work in other primates such as cynomolgus macaques (see, Figure 3A and 3B).
Ejemplo 5: Escisión in vivo por ZFN en ratonesExample 5: In vivo cleavage by ZFN in mice
Para suministrar los ZFN específicos de albúmina al hígado.in vivo,el sitio normal de producción de albúmina, los presentes inventores generaron un vector de virus adenoasociado hepatotrópico, serotipo 8 que expresa las ZFN específicas de albúmina de un potenciador y promotor específico del hígado (Shenet al, ib idy Miaoet al, ibid).Ratones adultos C57BL/6 se sometieron a edición genómica en el gen de la albúmina de la siguiente manera: los ratones adultos se trataron mediante inyección i.v. (intravenosa) con 1 * 1011 v.g. (genomas víricos)/ratón del par 1 de ZFN (SBS 30724 y SBS 30725) o bien del par 2 de ZFN (SBS 30872 y SBS 30873) y se sacrificaron siete días después. La región del gen de la albúmina que abarca el sitio diana para el par 1 se amplificó mediante PCR para el ensayo de emparejamiento incorrecto Cel-I usando los siguientes 2 cebadores de PCR: To deliver the albumin-specific ZFNs to the liver in vivo, the normal site of albumin production, the present inventors generated a hepatotropic adeno-associated virus vector, serotype 8 that expresses the albumin-specific ZFNs from a liver-specific enhancer and promoter ( Shenet al, ib idy Miaoet al, ibid).Adult C57BL/6 mice underwent genomic editing in the albumin gene as follows: Adult mice were treated by i.v. (intravenous) with 1 * 1011 v.g. (viral genomes)/mouse from ZFN pair 1 (SBS 30724 and SBS 30725) or ZFN pair 2 (SBS 30872 and SBS 30873) and were sacrificed seven days later. The region of the albumin gene encompassing the target site for pair 1 was amplified by PCR for the Cel-I mismatch assay using the following 2 PCR primers:
Cel1 F1: 5' CCTGCTCGACCATGCTATACT 3' (SEQ ID NO:69) Cel1 F1: 5' CCTGCTCGACCATGCTATACT 3' (SEQ ID NO:69)
Cel1R1: 5' CAGGCCTTTGAAATGTTGTTC 3' (SEQ ID NO:70) Cel1R1: 5' CAGGCCTTTGAAATGTTGTTC 3' (SEQ ID NO:70)
La región del gen de la albúmina que abarca el sitio diana para el par 2 se amplificó mediante PCR para el ensayo Cel-I usando estos cebadores de PCR: The region of the albumin gene encompassing the target site for pair 2 was amplified by PCR for the Cel-I assay using these PCR primers:
mAlb set4F4: 5' AAGTGCAAAGCCTTTCAGGA 3' (SEQ ID NO:71) mAlb set4R4: 5' GTGTCCTTGTCAGCAGCCTT 3' (SEQ ID NO:72) mAlb set4F4: 5' AAGTGCAAAGCCTTTCAGGA 3' (SEQ ID NO:71) mAlb set4R4: 5' GTGTCCTTGTCAGCAGCCTT 3' (SEQ ID NO:72)
Como se muestra en la Figura 4, las ZFN inducen indels en hasta el 17 % de sus sitios dianain vivoen este estudio. As shown in Figure 4, ZFNs induce indels at up to 17% of their target sites in vivo in this study.
Las ZFN específicas de albúmina de ratón SBS30724 y SBS30725 que se dirigen a una secuencia en el intrón 1 también se probaron en un segundo estudio. Los genes para expresar las ZFN se introdujeron en un vector AAV2/8 como se describió anteriormente (Liet al(2011)Nature475 (7355): 217). Para facilitar la producción de AAV en el sistema de baculovirus, se usó un baculovirus que contenía un gen quimérico de la cápside del serotipo 8.2. La cápside del serotipo 8.2 se diferencia de la cápside del serotipo 8 en que el dominio fosfolipasa A2 en la proteína VP1 de la cápside de AAV8 se ha reemplazado por el dominio comparable de la cápside de AAV2 creando una cápside quimérica. La producción de partículas de virus que contienen ZFN se realizó mediante preparación usando un sistema HEK293 o un sistema de baculovirus usando métodos convencionales en la técnica (Véase Liet al, ibid,véase, por ejemplo, el documento US6723551). Las partículas de virus se administraron después a ratones macho normales (n=6) usando una dosis única de 200 microlitros de 1,0e11 genomas de vectores totales de cualquiera de AAV2/8 o AAV2/8.2 que codifican la ZFN específica de albúmina de ratón. 14 días después de la administración de vectores rAAV, los ratones se sacrificaron, los hígados se recolectaron y se procesaron para ADN o proteínas totales usando métodos convencionales conocidos en la técnica. La detección de copias del genoma del vector AAV se realizó mediante PCR cuantitativa. Brevemente, los cebadores de qPCR se hicieron específicos para las secuencias de bGHpA dentro del AAV de la siguiente manera: The mouse albumin-specific ZFNs SBS30724 and SBS30725 that target a sequence in intron 1 were also tested in a second study. The genes for expressing ZFNs were introduced into an AAV2/8 vector as described previously (Liet al(2011)Nature475 (7355): 217). To facilitate AAV production in the baculovirus system, a baculovirus containing a chimeric serotype 8.2 capsid gene was used. The serotype 8.2 capsid differs from the serotype 8 capsid in that the phospholipase A2 domain in the AAV8 capsid protein VP1 has been replaced by the comparable domain of the AAV2 capsid creating a chimeric capsid. Production of ZFN-containing virus particles was carried out by preparation using a HEK293 system or a baculovirus system using conventional methods in the art (See Liet al, ibid, see, for example, US6723551). The virus particles were then administered to normal male mice (n=6) using a single 200 microliter dose of 1.0e11 total vector genomes of either AAV2/8 or AAV2/8.2 encoding the mouse albumin-specific ZFN. . 14 days after administration of rAAV vectors, mice were sacrificed, livers harvested and processed for total DNA or proteins using conventional methods known in the art. Detection of AAV vector genome copies was performed by quantitative PCR. Briefly, qPCR primers were made specific for bGHpA sequences within AAV as follows:
Oligo200 (Directo) 5'-GTTGCCAGCCATCTGTTGTTT-3' (SEQ ID NO: 102) Oligo201 (Inverso) 5'-GACAGTGGGAGTGGCACCTT-3' (SEQ ID NO: 103) Oligo202 (Sonda) 5'-CTCCCCCGTGCCTTCCTTGACC-3'(SEQ ID NO:104) Oligo200 (Direct) 5'-GTTGCCAGCCATCTGTTGTTT-3' (SEQ ID NO: 102) Oligo201 (Reverse) 5'-GACAGTGGGAGTGGCACCTT-3' (SEQ ID NO: 103) Oligo202 (Probe) 5'-CTCCCCCGTGCCTTCCTTGACC-3'(SEQ ID NO:104)
La actividad de escisión de ZFN se midió usando un ensayo Cel-I realizado usando un aparato LC-GX (Perkin Elmer), de acuerdo con el protocolo del fabricante. La expresión de las ZFNin vivose midió usando un sistema de etiqueta FLAG de acuerdo con métodos convencionales. ZFN cleavage activity was measured using a Cel-I assay performed using an LC-GX apparatus (Perkin Elmer), according to the manufacturer's protocol. The expression of live ZFNin was measured using a FLAG tag system according to conventional methods.
Como se muestra en la Figura 5 (para cada ratón en el estudio) las ZFN se expresaron y escindieron la diana en el gen del hígado del ratón. El % de indels generados en cada muestra de ratón se proporciona en la parte inferior de cada carril. El tipo de vector y su contenido se muestran encima de los carriles. La reparación de emparejamientos incorrectos tras la escisión de ZFN (% de indels indicado) se detectó en casi el 16 % en algunos de los ratones. As shown in Figure 5 (for each mouse in the study) ZFNs were expressed and cleaved the target gene in the mouse liver. The % of indels generated in each mouse sample is provided at the bottom of each lane. The vector type and its content are displayed above the rails. Mispair repair after ZFN cleavage (% indels indicated) was detected in almost 16% in some of the mice.
También se analizaron las ZFN de albúmina específicas de ratón para detectar la actividadin vivocuando se suministran mediante el uso de una diversidad de serotipos de AAV incluyendo AAV2/5, AAV2/6, AAV2/8 y AAV2/8.2. En estos vectores AAV, toda la secuencia codificante de ZFN está flanqueada por las ITR de AAV2, contenidas y después encapsuladas usando proteínas de la cápside de AAV5, 6 u 8, respectivamente. La designación 8.2 es la misma que se ha descrito anteriormente. Las ZFN SBS30724 y SBS30725 se clonaron en el AAV como se describió anteriormente (Liet al, ibid)ylas partículas víricas se produjeron usando baculovirus o una purificación por transfección transitoria en HEK293 como se describió anteriormente. La dosificación se realizó en ratones normales en un volumen de 200 |jl por ratón mediante inyección en la cola, a dosis de 5e10 a 1e12 vg por dosis. Los genomas víricos por genoma de ratón diploide se analizaron en los días 14 y se analizan en los días 30 y 60. Además, la escisión dirigida por ZFN del locus de albúmina se analizó mediante el ensayo Cel-I como se describió anteriormente en el día 14 y se analiza en los días 30 y 60. Mouse-specific albumin ZFNs were also analyzed for in vivo activity when delivered using a variety of AAV serotypes including AAV2/5, AAV2/6, AAV2/8, and AAV2/8.2. In these AAV vectors, the entire ZFN coding sequence is flanked by the AAV2 ITRs, contained and then encapsulated using AAV5, 6, or 8 capsid proteins, respectively. The 8.2 designation is the same as described above. ZFNs SBS30724 and SBS30725 were cloned into AAV as described previously (Liet al, ibid) and viral particles were produced using baculovirus or transient transfection purification in HEK293 as described above. Dosing was carried out in normal mice in a volume of 200 μl per mouse by injection into the tail, at doses of 5e10 to 1e12 vg per dose. Viral genomes per diploid mouse genome were analyzed at days 14 and analyzed at days 30 and 60. Additionally, ZFN-directed excision of the albumin locus was analyzed by the Cel-I assay as described earlier in day 14 and is analyzed on days 30 and 60.
Como se muestra en la Figura 6, la escisión se observó a un nivel de hasta el 21 % de indels. También se incluyen en la Figura las muestras del estudio anterior a modo de comparación (extremo derecho, estudio "mini-ratón"-D14 y una banda de fondo ("banda no específica"). As shown in Figure 6, cleavage was observed at a level of up to 21% indels. Also included in the Figure are samples from the previous study for comparison (far right, "mini-mouse" study-D14 and a background band ("non-specific band").
Ejemplo 6: Cosuministro in vivo de un ácido nucleico donante y ZFN de albúmina.Example 6: In vivo co-delivery of a donor nucleic acid and albumin ZFN.
Inserción de Factor IX humano: Se usaron ZFN para dirigirse a la integración del gen de la proteína de coagulación Factor IX (F.IX) en el locus de albúmina en ratones adultos de tipo silvestre. En estos experimentos, los ratones se trataron mediante inyección intravenosa con cualquiera de 1 x 1011 v.g./par 1 de ZFN específica de albúmina de ratón dirigido a intrón 1 donante ("mAlb (intrón1)"), 1 x 1011 v.g./par 2 de ZFN específica de albúmina de ratón dirigido a intrón 12 donante ("mAlb(intrón12)") o un conjunto de ZFN que se dirige a un gen humano más donante como un control ("Control"). El par<z>F<n>n.° 1 era 30724/30725, dirigido al intrón 1, y el par 2 de ZFN era 30872/30873, dirigido al exón 12. En estos experimentos, el transgén donante F.IX se integró mediante captura terminal después de la escisión inducida por ZFN. Como alternativa, el transgén F.IX se insertó en un vector donante de tal manera que el transgén estuviera flanqueado por brazos con homología con el sitio de escisión. En cualquier caso, el transgén F.IX era el casete "SA - exones 2-8 de hF9 de tipo silvestre" (véase la solicitud de patente de EE.UU. de copropiedad 61/392.333). Human Factor IX Insertion: ZFNs were used to target the integration of the coagulation protein Factor IX (F.IX) gene into the albumin locus in adult wild-type mice. In these experiments, mice were treated by intravenous injection with either 1 x 1011 v.g./pair 1 of mouse albumin-specific ZFN targeting donor intron 1 ("mAlb(intron1)"), Mouse albumin-specific ZFN targeting donor intron 12 ("mAlb(intron12)") or a set of ZFNs targeting a human plus donor gene as a control ("Control"). Pair<z>F<n>#1 was 30724/30725, targeting intron 1, and ZFN pair 2 was 30872/30873, targeting exon 12. In these experiments, the F.IX donor transgene was integrated by terminal capture after ZFN-induced cleavage. Alternatively, the F.IX transgene was inserted into a donor vector such that the transgene was flanked by arms with homology to the cleavage site. In any case, the F.IX transgene was the "SA - exons 2-8 of wild type hF9" cassette (see co-owned US patent application 61/392,333).
Después se tomaron muestras de los ratones transducidos para determinar los niveles séricos de F.IX humano, que estaban elevados (véase la Figura 7, que muestra la expresión estabilizada de F.IX humano durante al menos ocho semanas después de la inserción en el intrón 1). El F.IX humano expresado también es funcional, como lo evidencia la reducción del tiempo de coagulación en ratones hemofílicos con un transgén F.IX humano dirigido al locus de la albúmina (véase la Figura 8). De forma notable, dentro de las dos semanas posteriores a la inserción del transgén, el tiempo de coagulación no es significativamente diferente del tiempo de coagulación en un ratón de tipo silvestre. Cuando el donante específico del intrón 1 se insertó en el locus del intrón 12, no puede producirse un corte y empalme correcto que dé como resultado la expresión de huF.IX. La falta de señal en esta muestra verifica que la señal del donante del intrón 1 que se integra en el sitio del intrón 1 proviene realmente de una integración transgénica correcta y no de una integración y expresión aleatorias en otro sitio no específico. The transduced mice were then sampled for serum levels of human F.IX, which were elevated (see Figure 7, which shows stabilized expression of human F.IX for at least eight weeks after insertion into the intron 1). The expressed human F.IX is also functional, as evidenced by the reduction in clotting time in hemophilic mice with a human F.IX transgene targeting the albumin locus (see Figure 8). Notably, within two weeks after transgene insertion, clotting time is not significantly different from clotting time in a wild-type mouse. When the specific donor of intron 1 was inserted into the intron 12 locus, correct splicing cannot occur resulting in the expression of huF.IX. The lack of signal in this sample verifies that the intron 1 donor signal that integrates into the intron 1 site actually comes from correct transgenic integration and not from random integration and expression at another nonspecific site.
Inserción de alfa galactosidasa humana (huGLa): Similar a la inserción del gen F.IX humano, el gen que codifica la alfa galactosidasa humana (deficiente en pacientes con enfermedad de Fabry) se insertó en el locus de albúmina de ratón. El par ZFN 30724/30725 se usó como se describió anteriormente usando un transgén de alfa galactosidasa en lugar del transgén F.IX. En este experimento, se trataron 3 ratones con un virus AAV2/8 que contenía el par ZFN a una dosis de 3,0e11 genomas víricos por ratón y un virus AAV2/8 que contenía el donante huGLa a una dosis de 1,5e12 genomas víricos por ratón. A los animales control se les administró el virus que contenía ZFN solo o el virus donante de huGLa solo. Las transferencias Western realizadas en homogeneizados de hígado mostraron un aumento en la señal específica de alfa galactosidasa, indicando que el gen de la alfa galactosidasa se había integrado y se estaba expresando (Figura 13A). Además, se realizó un ELISA del lisado de hígado usando un kit de ensayo de alfa galactosidasa humana (Sino) de acuerdo con el protocolo del fabricante. Los resultados, mostrados en la Figura 13B, demostraron un aumento en la señal en los ratones que habían sido tratados tanto con ZFN como con el donante huGLa. Insertion of human alpha galactosidase (huGLa): Similar to the insertion of the human F.IX gene, the gene encoding human alpha galactosidase (deficient in patients with Fabry disease) was inserted into the mouse albumin locus. The ZFN 30724/30725 pair was used as described above using an alpha galactosidase transgene instead of the F.IX transgene. In this experiment, 3 mice were treated with an AAV2/8 virus containing the ZFN pair at a dose of 3.0e11 viral genomes per mouse and an AAV2/8 virus containing the huGLa donor at a dose of 1.5e12 viral genomes. per mouse. Control animals were administered either the ZFN-containing virus alone or the huGLa donor virus alone. Western blots performed on liver homogenates showed an increase in alpha-galactosidase-specific signal, indicating that the alpha-galactosidase gene had integrated and was being expressed (Figure 13A). Additionally, an ELISA of the liver lysate was performed using a human alpha galactosidase assay kit (Sino) according to the manufacturer's protocol. The results, shown in Figure 13B, demonstrated an increase in signal in mice that had been treated with both ZFN and the huGLa donor.
Ejemplo 7: Diseño de ZFN específicos de albúmina humana.Example 7: Design of human albumin-specific ZFNs.
Para diseñar ZFN con especificidad para el gen de la albúmina humana, la secuencia de ADN del intrón 1 de la albúmina humana se analizó usando métodos descritos anteriormente para identificar secuencias diana con el mejor potencial para la unión a ZFN. Se eligieron regiones en todo el intrón (loci 1-5) y se diseñaron varias ZFN para dirigirse a estas regiones (por ejemplo, véase la Figura 9 que muestra los sitios de unión de las ZFN de los loci 1-3). En este análisis, se identificaron cinco loci para dirigirse al intrón1 de albúmina (véase la Figura 3B). La diana y las hélices se muestran en las Tablas 8 y 9. To design ZFN with specificity for the human albumin gene, the DNA sequence of human albumin intron 1 was analyzed using methods described above to identify target sequences with the best potential for binding to ZFN. Regions were chosen throughout the intron (loci 1-5) and several ZFNs were designed to target these regions (for example, see Figure 9 showing the binding sites of ZFNs from loci 1-3). In this analysis, five loci were identified to target albumin intron1 (see Figure 3B). The target and helices are shown in Tables 8 and 9.
T l : Di ñ hli n l in ífi r l min h mnT l : Di ñ hli n l in ífi r l min h mn
Tabla 9: Sitios diana de ZFN es ecíficos de albúmina humana Table 9: ZFN target sites specific to human albumin
Estas nucleasas se probaron en pares para determinar el par con la actividad más alta. Las matrices resultantes de los pares probados se muestran en las Tablas 10 y 11, a continuación, donde la ZFN usada para el lado derecho del dímero se muestra en la parte superior de cada matriz y la ZFN usada para el lado izquierdo del dímero se muestra en el lado izquierdo de cada matriz. La actividad resultante, determinada por el porcentaje de discrepancia detectado mediante el ensayo Cel-I se muestra en el cuerpo de ambas matrices: These nucleases were tested in pairs to determine the pair with the highest activity. The resulting matrices of the tested pairs are shown in Tables 10 and 11, below, where the ZFN used for the right side of the dimer is shown at the top of each matrix and the ZFN used for the left side of the dimer is shown on the left side of each matrix. The resulting activity, determined by the percentage of discrepancy detected by the Cel-I assay, is shown on the body of both matrices:
Tabla 10: Actividad de ZFN es ecíficas de^ albúmina humana % de dianas mutadas)Table 10: ZFN activity is specific for human albumin (% of mutated targets)
Tabla 11: Actividad de ZFN es ecíficas de albúmina humana % de dianas mutadas) Table 11: ZFN activity is specific for human albumin (% of mutated targets)
Por lo tanto, se han desarrollado nucleasas altamente activas que reconocen secuencias diana en el intrón 1 de la albúmina humana. Therefore, highly active nucleases have been developed that recognize target sequences in intron 1 of human albumin.
Ejemplo 8: Diseño de TALEN específicas de albúminaExample 8: Design of albumin-specific TALENs
Las TALEN se diseñaron para dirigirse a secuencias dentro del intrón 1 de la albúmina humana. El reconocimiento de bases se logró usando las correspondencias canónicas de la base RVD (el "código TALE": NI para A, HD para C, NN para G (NK en media repetición), NG para T). Las TALEN se construyeron como se describió anteriormente (véase la Publicación de Patente de EE.UU. de copropiedad N.° 20110301073). Las dianas para un subconjunto de TALEN se conservaron en los genes de albúmina de macaco cangrejero y de macaco de la India (véase la figura 10). Las TALEN se construyeron en las estructuras principales de TALEN "+17" y "+63" como se describe en el documento US20110301073. Las dianas y los identificadores numéricos de las TALEN probadas se muestran a continuación en la Tabla 12. TALENs were designed to target sequences within intron 1 of human albumin. Base recognition was achieved using the canonical correspondences of the RVD base (the “TALE code”: NI for A, HD for C, NN for G (NK in half repeat), NG for T). TALENs were constructed as previously described (see co-owned US Patent Publication No. 20110301073). Targets for a subset of TALENs were conserved in the cynomolgus macaque and rhesus macaque albumin genes (see Figure 10). The TALENs were built on the main TALEN structures "+17" and "+63" as described in document US20110301073. The targets and numerical identifiers of the tested TALENs are shown below in Table 12.
Tabla 12: TALEN es ecíficas de albúminaTable 12: TALEN is specific for albumin
Las TALEN se probaron después en pares en células HepG2 para determinar su capacidad de inducir modificaciones en sus dianas cromosómicas endógenas y los resultados mostraron que muchas proteínas que portaban el punto de truncamiento 17 estaban activas. De forma similar, muchas TALEN que llevaban el punto de truncamiento 63 también estaban activas (véanse la Tabla 13 y la Figura 11). Nótese que los números de pares que se muestran en la Tabla 13 se corresponden con los números de pares que se muestran encima de los carriles en la Figura 11. Las comparaciones lado a lado con tres conjuntos de ZFN de albúmina no optimizados mostraron que las TALEN y las ZFN tienen actividades que se encuentran en el mismo intervalo aproximado. The TALENs were then tested in pairs in HepG2 cells to determine their ability to induce modifications in their endogenous chromosomal targets and the results showed that many proteins carrying truncation point 17 were active. Similarly, many TALENs carrying truncation point 63 were also active (see Table 13 and Figure 11). Note that the pair numbers shown in Table 13 correspond to the pair numbers shown above the lanes in Figure 11. Side-by-side comparisons with three sets of non-optimized albumin ZFNs showed that the TALENs and ZFNs have activities that fall in the same approximate range.
T l 1 : M ifi i n i n in i r TALEN n l l H 2-T l 1 : M ifi i n i n in i r TALEN n l l H 2-
continuación continuation
Como se observó anteriormente (véase la Publicación de Patente de EE.UU. de copropiedad N.° 20110301073), los TALEN C17 tienen mayor actividad cuando el tamaño del hueco entre los dos sitios diana de TALEN es de aproximadamente 11-15 pb, mientras que las TALEN C63 mantienen actividad con tamaños de hueco de hasta 18 pb (véanse la Figura 10, 11C y la Tabla 13). As noted previously (see co-owned US Patent Publication No. 20110301073), C17 TALENs have greater activity when the gap size between the two TALEN target sites is approximately 11-15 bp, while that C63 TALENs maintain activity with gap sizes of up to 18 bp (see Figure 10, 11C and Table 13).
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